Die Bedeutung und Nachfrage an der Holz-Beton-Verbundbauweise nimmt aufgrund einer Vielzahl an Vorteilen gegenüber dem reinen Holzund Stahlbetonbau immer weiter zu. Die Bemessung von Holz-Beton- Verbundkonstruktionen ist aktuell nicht normativ geregelt, sondern wird auf der Grundlage von bauaufsichtlichen Zulassungen und Bauartgenehmigungen durchgeführt. Dabei kommen die unterschiedlichsten Typen an Verbindungsmitteln zum Einsatz, wie beispielsweise stiftförmige Verbindungsmittel und Kerven. Kontinuierliche Verbindungsmittel wie die Verbunddübelleiste im Stahl-Beton-Verbundbau wurden bisher nicht im Holz-Beton- Verbundbau verwendet. Verbunddübelleisten haben sich als sehr leistungsfähige Verbundmittel mit einer hohen Tragfähigkeit und einfacher Herstellung herausgestellt, deren Bemessung in der AbZ Z-26.4-56 2018 geregelt ist. Zur Entwicklung eines Bemessungskonzeptes für ein den Verbunddübelleisten ähnliches Verbundmittel für den Holz-Beton-Verbundbau sind klassischer Weise experimentelle Untersuchungen zur Ermittlung der Tragfähigkeit durchzuführen. Neben den oftmals zeitaufwendigen und kostenintensiven Versuchen haben viele Untersuchungen an verschiedensten Verbundmitteln gezeigt, dass sich numerische Untersuchungen in Form von Finite- Elemente-Modellen dafür eignen das Tragverhalten abzubilden und die erforderliche Anzahl an Versuchen zur Abdeckung der verschiedenen Parameter zu reduzieren. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein kontinuierliches Verbundmittel für die Holz-Beton-Verbundbauweise entwickelt und es wurde mittels experimenteller und numerischer Untersuchungen ein Bemessungskonzept erarbeitet. Zur Beschreibung des Trag- und Verformungsverhaltens wurden Versuche unter Längsschub- und Zugbeanspruchung durchgeführt. Anhand dieser Versuche konnten Finite-Elemente-Modelle kalibriert werden und darauf aufbauend numerische Untersuchungen zum Tragverhalten unter kombinierter Zug- und Schubbeanspruchung durchgeführt werden. Da viele numerische Untersuchungen an Verbundmitteln in der Vergangenheit eine hohe Sensibilität bei der Variation der Materialparameter der Betonmodelle gezeigt haben, wurde eine separate Untersuchung zu den Besonderheiten von Verbundmitteln im Beton bei der numerischen Simulation herausgearbeitet und entsprechende Lösungsansätze gegeben. Auf Grundlage der experimentellen und numerischen Untersuchungen konnten die für das neue Verbundmittel spezifischen Tragmechanismen identifiziert, in einem abschließenden Trägerversuch bestätigt und in ein Bemessungsmodell überführt werden. Durch den kombinierten Einsatz von experimentellen und numerischen Untersuchungen konnte das Tragverhalten des neuen Holz-Beton- Verbundsystems umfassend beschrieben und ein für die Praxis anwendbares Bemessungskonzept entwickelt werden. Diese Arbeit soll damit neben dem Bemessungskonzept einen Beitrag für die Anwendung numerischer Verfahren bei der Untersuchung des Tragverhaltens von Verbundmitteln im Beton leisten.

Die Rissbildung in Stahlbetonbauteilen ist systemimmanent und stellt keinen Mangel dar, sofern die am Bauteil auftretenden Risse auf unschädliche Breiten begrenzt sind. Die Begrenzung der Rissbreite kann dabei im Allgemeinen durch planerisch-konstruktive, betontechnologische und ausführungstechnische Maßnahmen zielgerichtet gesteuert werden. Die derzeit in Deutschland bauaufsichtlich eingeführten Regelwerke DIN EN 1992-1-1 und DIN EN 1992-1-1/NA enthalten Berechnungskonzepte, um Rissbreiten und Rissabstände etwaig auftretender Risse im Rahmen der Bemessung näherungsweise rechnerisch vorauszubestimmen. Bei flächenartigen Bauteilen mit mehrlagig, kreuzweise angeordneter Bewehrung aus großen Stabdurchmessern (d. h. Ø > 32 mm), wie sie beispielsweise in hochbeanspruchten dicken Sohlplatten zum Einsatz kommen können, stellt sich die Frage, ob die am Bauteil auftretenden Risse mit Hilfe der in DIN EN 1992-1-1 und in DIN EN 1992-1-1/NA enthaltenen Berechnungskonzepte realitätsnah vorauszubestimmen sind. Dies ist insbesondere vor dem Hintergrund in Frage zu stellen, dass die den aktuellen normativen Nachweisen zugrundeliegenden Bemessungsformeln vorwiegend an zentrisch bewehrten Versuchsquerschnitten mit „kleinen“ Stabdurchmessern (üblicherweise Ø6 mm bis Ø14 mm) hergleitet wurden. Zur Bewertung der Übertragbarkeit wurden im Rahmen dieser Arbeit umfangreiche experimentelle Untersuchungen zum Rissverhalten mehrlagig bewehrter Bauteile mit Variation zahlreicher Einflussfaktoren der Rissbildung (z. B. Stabdurchmesser, Querbewehrung, Oberflächenbewehrung) durchgeführt. Das im Rahmen dieser Bauteilversuche feststellbare Trag- und Verformungsverhalten mehrlagig bewehrter Bauteile wurde im Anschluss durch numerische Untersuchungen mit dem nicht linearen Finite-Elemente Programm Atena verifiziert. Auf Grundlage einer Gegenüberstellung von statistisch ausgewerteten Versuchswerten und den Ergebnissen einer Nachrechnung nach DIN EN 1992-1-1 und DIN EN 1992-1-1/NA und weiteren ausgewählten Ingenieur- und Bemessungsmodellen, wurde die Zuverlässigkeit der rechnerischen Vorhersagegenauigkeit der aktuellen Bemessungsmodelle detailliert überprüft. Als ein Ergebnis bleibt festzu-halten, dass Modifikationen der Bemessungsgleichungen nach DIN EN 1992-1-1/NA für Querschnittskonzeptionen mit mehrlagig, kreuzweise angeordneter Bewehrung zwingend zu empfehlen sind, um eine realitätsnähere, auf der sicheren Seite liegende rechnerische Vorhersage der zu erwartenden Rissbreiten sicherstellen zu können. Zudem zeigt sich, dass bei fehlender Oberflächen-bewehrung insgesamt keine zuverlässige Berechnung der Rissbreite nach DIN EN 1992-1-1/NA auf der Bauteiloberseite erfolgen kann. Für das Bauteilinnere konnte dagegen festgestellt werden, dass die Versuchsergebnisse in den nach DIN EN 1992-1-1/NA zu erwartenden Größenordnungen liegen. Die aus der ei¬genen Versuchsnachrechnung gewonnenen Erkenntnisse zur Vorhersagegenauigkeit zeigen, dass sich für die vorliegend untersuchten Querschnittskonzeptionen insgesamt das Bemessungsmodell nach prEN1992-1-1 hinreichend gut eignet.

Daylight is important for the well-being of humans. Therefore, many office buildings use large windows and glass facades to let more daylight into office spaces. However, this increases the chance of glare in office spaces, which results in visual discomfort. Shading systems in buildings can prevent glare but are not effectively adapted to changing sky conditions and sun position, thus losing valuable daylight. Moreover, many shading systems are also aesthetically unappealing. Electrochromic (EC) glass in this regard might be a better alternative, due to its light transmission properties that can be altered when a voltage is applied. EC glass facilitates zoning and also supports control of each zone separately. This allows the right amount of daylight at any time of the day. However, an effective control strategy is still required to efficiently control EC glass. Reinforcement learning (RL) is a promising control strategy that can learn from rewards and penalties and use this feedback to adapt to user inputs. We trained a Deep Q learning (DQN) agent on a set of weather data and visual comfort data, where the agent tries to adapt to the occupant’s feedback while observing the sun position and radiation at given intervals. The trained DQN agent can avoid bright daylight and glare scenarios in 97% of the cases and increases the amount of useful daylight up to 90%, thus significantly reducing the need for artificial lighting.

Verbundkonstruktionen aus Stahl und Beton haben sich in den letzten Jahrzehnten zu einer wirtschaftlichen und konkurrenzfähigen Bauweise im Hoch- und Brückenbau entwickelt. Eine wesentliche Rolle im Verbundbau nehmen dabei die Verbundmittel ein, an die hohe Anforderungen hinsichtlich der Tragfähigkeit und der Verformbarkeit gestellt werden. Am Fachgebiet Stahlbau der TU Kaiserslautern wurden Versuche zur Trag- und Verformungsfähigkeit randnaher Betondübel in Abscher- und Ausziehversuchen durchgeführt. Der Einsatz der Betondübel in innovativen Verbundkonstruktionen ist trotz noch fehlender normativer Regelwerke von weiter steigendem Interesse. Betondübel können in neuartigen Verbundkonzepten auch in einer randnahen Lage eingesetzt werden. Dadurch lassen sich Querschnitte materialgerecht und kostengünstig in optimierter Verbundbauweise herstellen und verbauen. Eine geringere seitliche Betondeckung der Betondübel kommt neben den Plattenbalkenquerschnitten in Konstruktionen vor, in welchen die Verbundleiste liegend eingebaut wird. Solche parallel zur Betongurtebene positionierte Betondübelleisten sind z. B. in Slim-Floor- oder modernen Klimadecken in Sandwichverbundbauweise denkbar. Das Trag- und Verformungsverhalten einer Betondübelleiste, welche in Verbundkonstruktionen in Kombination mit einer schlanken Betonplatte liegend integriert wird, wurde aufgrund ihrer randnahen Lage genauer betrachtet. Die ersten Untersuchungen hierzu zeigen, dass die Verbunddübelleisten, nach dem die Spalt- und Rückhängerisse entstehen, mit Kantenbruch versagen. Wenn ausreichend Bewehrung vorhanden ist, führen die primären Spalt- und Rückhängerisse nicht zum Versagen. Der Einsatz einer Wendelbewehrung in den Verbundübelleisten steigert das Trag- und Verformungsvermögen deutlich. Es existiert zwar noch keine einheitliche normative Regelung zur Anwendung und Bemessung der Verbunddübel, häufig als Puzzleleiste bezeichnet, jedoch wurde aktuell eine Zulassung Z-26.4-56 2013 erarbeitet, welche die Anwendung der Verbunddübelleisten, kurz VDL, möglich macht. Die Anwendungsgrenzen sind dabei zu beachten. Darüber hinaus wird derzeit in mehreren Forschungsarbeiten daran gearbeitet, die Verwendung der puzzleartigen Verbundmittel zu erleichtern, indem einheitliche Anwendungs- und Bemessungsregeln dieser in die Eurocodes eingepflegt werden sollen. Diese Arbeit soll ebenfalls dazu beitragen, die Versagensmechanismen der am Rand eingebauten Puzzleleisten zu erforschen und ein für die Anwender handhabbares Bemessungskonzept zu erarbeiten. Die ersten Erkenntnisse sollen eine Grundlage für ein in der Zukunft gültiges Bemessungs- konzept bilden. Anhand der Abscherversuche wurde der Einfluss der Randnähe untersucht. Darüber hinaus wurden numerische Untersuchungen vorgenommen. Die FE-Modelle wurden insbesondere zur Analyse des Lastabtrags der randnahen Betondübel verwendet. Darüber hinaus wurde eine Parameterstudie durchgeführt, welche die Variation der Materialien und geometrischen Größen der FE-Modelle beinhaltete. Aufbauend auf den experimentellen und numerischen Beobachtungen und theoretischen Überlegungen wurde ein Ingenieurmodell für Verbunddübelleisten mit und ohne Wendelbewehrung entwickelt. Das Modell wird abschließend auf das Bemessungsniveau überführt.

A transition from conventional centralized to hybrid decentralized systems has been increasingly advised recently due to their capability to enhance the resilience and sustainability of urban water supply systems. Reusing treated wastewater for non-potable purposes is a promising opportunity toward the aforementioned resolutions. In this study, we present two optimization models for integrating reusing systems into existing sewerage systems to bridge the supply–demand gap in an existing water supply system. In Model-1, the supply–demand gap is bridged by introducing on-site graywater treatment and reuse, and in Model-2, the gap is bridged by decentralized wastewater treatment and reuse. The applicability of the proposed models is evaluated using two test cases: one a proof-of-concept hypothetical network and the other a near realistic network based on the sewerage network in Chennai, India. The results show that the proposed models outperform the existing approaches by achieving more than a 20% reduction in the cost of procuring water and more than a 36% reduction in the demand for freshwater through the implementation of local on-site graywater reuse for both test cases. These numbers are about 12% and 34% respectively for the implementation of decentralized wastewater treatment and reuse.

Im Rahmen der Weltklimakonferenz in Paris 2015 haben 197 Staaten ein gemeinsames Abkommen getroffen, das die Begrenzung der Erderwärmung um maximal 1,5 °C vorsieht. Dieses gemeinsame Ziel ist jedoch nur durch eine massive Verringerung des Treibhausgasausstoßes zu erreichen. Dabei bietet insbesondere der Wärmebereich ein großes Potential, den Ausstoß von Treibhausgasen signifikant zu senken. Entsprechend notwendig sind Technologien und Ansätze, die zu einer Reduzierung des Treibhausgasausstoßes führen. Ein Ansatz könnte die Verwendung bislang ungenutzter industrieller bzw. gewerblicher Abwärme sein, indem diese gezielt auf den bestehenden Abwasservolumenstrom übertragen wird. Somit wird die Abwassertemperatur maßvoll angehoben, ohne dabei die Abwassermenge zu verändern. Stromabwärts kann das gezielt erwärmte Abwasser vom Nutzer über die etablierte Technik einer Abwasserwärmenutzungsanlage entnommen werden. Ziel dieser Arbeit ist es, diesen Ansatz weitergehend zu untersuchen und die Chancen und Risiken der Verteilung und Verwendung bislang ungenutzter industrieller und gewerblicher Abwärme über die bestehende Kanalisation aufzuzeigen und zu modellieren. Dazu werden biologische, chemische und physikalische Einwirkungen und deren Auswirkungen auf den Kanalbetrieb und die Wirtschaftlichkeit einer solchen Anlage analysiert. Die sich daraus ergebenden Einflüsse auf den Kanalbetrieb, die Kanalsubstanz, den Wärme¬transport und die folgende Wärmeentnahme sind im Modell berücksichtigt. Folglich ermöglicht das Modell – in Abhängigkeit von den vorliegenden Rahmenbedingungen – eine Aussage, ob eine auftretende Sulfidproblematik (Bildung von Schwefelwasserstoff) wahrscheinlich ist, wie hoch die Wärmeverluste über die Fließstrecke sind und wie viel Wärme letztlich dem Nutzer zur Verfügung gestellt werden kann. Abschließend wird das im Rahmen dieser Dissertation entwickelte Modell zur Modellierung der Verteilung ungenutzter industrieller und gewerblicher Abwärme über die Abwasserkanalisation an einem Beispiel angewendet. Es kann dabei gezeigt werden, dass dieser Ansatz der (Ab)Wärmeverteilung über die bestehende Abwasserinfrastruktur sowohl für die Industrie als auch für den Nutzer einer Abwasserwärmenutzungsanlage vorteilhaft ist. Durch die industrielle bzw. gewerbliche Kühlung über die bestehende Abwasserinfrastruktur wird die Temperatur dieser Wärmequelle (Abwasser) der nachfolgenden Abwasserwärmenutzungsanlage erhöht, wodurch die Effizienz gesteigert werden kann. Somit wird der Ausstoß von Treibhausgasen sowohl auf Seiten der (Ab)Wärmequelle als auch der Wärmesenke reduziert, wodurch dieser Ansatz einen Bau¬stein zum Erreichen der Klimaschutzziele darstellen kann.

Parkbauten aus Stahlbeton sind v. a. in den Wintermonaten chloridhaltigen Wässern ausgesetzt. Dringen die Chloride über Risse bis zum Bewehrungsstahl vor, so kann dies Bewehrungskorrosion auslösen. Ebenfalls korrosionsauslösend kann CO2 sein. Beides geht, sofern keine Schutzmaßnahmen getroffen werden, mit dem Verlust der Gebrauchstauglichkeit bis hin zur Gefährdung der Standsicherheit des Bauwerks einher. Eine mögliche Maßnahme zum Schutze des Bauwerks vor diesen korrosionsauslösenden Medien stellt der Oberflächenschutz mit polymeren Systemen dar. Aufgrund der Befahrung durch PKWs sind die Oberflächenschutzsysteme mechanischem Abrieb ausgesetzt, welchem sie nur eine gewisse Zeit widerstehen können. Der Nachweis der Verschleißbeständigkeit erfolgt normativ gegenwärtig mit Verfahren, die aus anderen Bereichen entliehen sind und die hier auftretenden Verschleißmechanismen nicht ansatzweise widerspiegeln. Im theoretischen Teil dieser Arbeit werden die verschiedenen Aufbauvarianten von Oberflächenschutzsystemen und deren Funktionsweise erörtert. Ebenfalls werden die normativen und nicht normativ geregelten Prüfverfahren hinsichtlich der wirkenden Verschleißmechanismen bewertet. Im anschließenden praktischen Teil werden die Entwicklung und Evaluierung der Tauglichkeit eines eigenen Prüfstandes vorgestellt. Zusätzlich erfolgt eine Abgrenzung des Prüfverfahrens zum BCA-Verfahren (normatives Prüfverfahren) und dem Bänziger Rad (Prüfstand der Sika Deutschland GmbH). Neben der Prüfung marktüblicher Beschichtungssysteme werden weitere Parameter hinsichtlich ihrer Verschleißbeständigkeit geprüft. Dazu zählen die umgebungsbedingten Einflüsse wie eine zusätzliche Wasserbeaufschlagung und Verunreinigungen der Oberfläche, die durch eine Splittbeaufschlagung dargestellt werden, sowie der produktspezifische Einfluss der Deckversiegelung. Es können sowohl Unterschiede zwischen als auch innerhalb eines Oberflächenschutzsystemes aufgezeigt werden. Neben der Durchführung der Verschleißversuche werden auch verschiedene Wege zur Dokumentation des Verschleißes entwickelt. Hiervon hervorzuheben ist die zerstörungsfreie Aufzeichnung des Verschleißes mittels eines 2D / 3D-Lasers. Weiterhin werden mechanische Werkstoffparameter ermittelt und deren Aussagekraft hinsichtlich einer Verschleißbeständigkeit bewertet. Die Ergebnisse der vorgenannten Forschungsvorhaben mündeten in einen beim Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) im Rahmen der Förderschiene "WIPANO - Wissens- und Technologietransfer durch Patente und Normen" beantragten und inzwischen bewilligten Normungsantrag mit dem Titel „Entwicklung eines Prüfverfahrens zur Bestimmung der Verschleißbeständigkeit von befahrenen Oberflächenschutzsystemen mit Hilfe des Parking Abrasion Test (PAT-Verfahren)“.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der analytischen, integralen und nichtlinearen Bemessung von Sandwichwänden mit Stahlbetonschalen unter vertikaler und horizontaler Belastung nach Theorie II. Ordnung und führt zu der Entwicklung eines in der Programmiersprache VBA implementierten Bemessungsprogramms. Das zugrunde liegende Bemessungskonzept ermöglicht eine Bemessung der Sandwichwand bei Berücksichtigung des versteifenden Einflusses ihrer Vorsatzschale. Somit können besonders bei schlanken und knickgefährdeten Sandwichwänden ihre Querschnittsabmessungen optimiert werden.

Local thermal comfort plays a growing role in terms of occupant satisfaction and in the energy performance of a building. To improve thermal comfort of occupants, decentralized heating and cooling systems are getting more interest in the research community but also in the market. Some studies have also shown that they can reduce the heating and cooling demand of buildings. These systems can be for example, an office chair with heating and cooling function, a thermoelectric heating and cooling wall or even a table fan. Building simulation software is used to optimize the energy performance of buildings during the planning process, but just a few programs enable detailed comfort calculations. Programs which allow the usage of decentralized heating and cooling systems are totally missing. This dissertation presents a newly developed adaptive building controller for combined, central and decentralized systems inside the building simulation software ESP‐r. The building controller adapts the setpoint‐temperatures of the central heating and cooling system and regulates the usage of decentralized systems, based on the thermal sensation and comfort values of a virtual thermal manikin in the considered building zone. This work shall contribute to the application of detailed comfort values within building simulation, which is also necessary to consider decentralized heating and cooling systems like the thermoelectric movable partition or the office chair with heating and cooling function. The first step by the development of the adaptive controller, was the coupling of PhySCo, a "Physiology, Sensation and Comfort" model with the building simulation software Esp-r. The physiology model within PhySCo uses the values of room temperature, mean radiant temperature, air velocity, relative humidity, solar radiation as well as personal parameters such as clothing and activity level. The model calculates skin and core temperatures for 16 individual body parts under consideration of thermophysiological control mechanisms such as sweating, shivering, vasodilatation and vasoconstriction of the blood vessels. These values are used to calculate local and overall sensation and comfort values. Within the adaptive building controller, the local and overall sensation and comfort values are used to control the setpoint‐temperatures of the central heating and cooling system, as well as to regulate the decentralized heating and cooling systems. The adaptive building controller with a wide deadband, with setpoints of 18 to 26 °C was in simulation studies compared with a basic controller with a fixed and narrow setpoint range of 21 to 24 °C. The evaluation focused on the overall comfort values and on a possible reduction of the heating and cooling energy demand of the central system. The results showed, that the adaptive controller could keep the comfort values at the same level as the basic controller and reduced the heating demand at the same time noticeably. The cooling load could also be reduced compared to the basic controller, but the reduction was much smaller compared to the heating load.In the next step, the decentralized heating and cooling systems were added to the adaptive building controller. First the thermoelectric heating and cooling wall, followed by the office chair with heating and cooling function, then both systems were added to the adaptive controller and tested together. The results show clearly that by adding the decentralized heating and cooling systems, the comfort could get further improved and at the same time, the heating and cooling energy demand could get reduced. It was noticeable that during the summer simulation period, comfort was increased, though the increase was rather small. As an additional support, a fan was simulated, which increased the air velocity for the heat‐sensitive head. Thereby, the comfort could be further increased, thus the cooling of the central system was also reduced. In addition, an increase of the upper set point to 30 °C was possible without reducing the comfort level. The adaptive building controller enables a detailed comfort analysis within the building simulation software. It can also be used for the planning of decentralized heating and cooling systems and their effect on thermal comfort.

Structural resilience describes urban drainage systems’ (UDSs) ability to minimize the frequency and magnitude of failure due to common structural issues such as pipe clogging and cracking or pump failure. Structural resilience is often neglected in the design of UDSs. The current literature supports structural decentralization as a way to introduce structural resilience into UDSs. Although there are promising methods in the literature for generating and optimizing decentralized separate stormwater collection systems, incorporating hydraulic simulations in unsteady flow, these approaches sometimes require high computational effort, especially for flat areas. This may hamper their integration into ordinary commercially designed UDS software due to their predominantly scientific purposes. As a response, this paper introduces simplified cost and structural resilience indices that can be used as heuristic parameters for optimizing the UDS layout. These indices only use graph connectivity information, which is computationally much less expensive than hydraulic simulation. The use of simplified objective functions significantly simplifies the feasible search space and reduces blind searches by optimization. To demonstrate the application and advantages of the proposed model, a real case study in the southwest city of Ahvaz, Iran was explored. The proposed framework was proven to be promising for reducing the computational effort and for delivering realistic cost-wise and resilient UDSs.

Das Instandsetzungsprinzip W-Cl bzw. die Instandsetzungsverfahren 7.7 und 8.3 stellen im Vergleich zu konventionellen Instandsetzungsprinzipien technisch und wirtschaftlich interessante Verfahren zur Instandsetzung von chloridbelasteten Betonbauteilen dar. Die Verfahren beruhen auf der Absenkung des Wassergehaltes (W) im Bereich des chloridkontaminierten Betons (Cl), welche durch die Applikation einer Oberflächenschutzbeschichtung erreicht wird. Durch die Beschichtung soll ein intermittierendes Eindringen von Chloriden unterbunden und die Initiierung von Bewehrungskorrosion verhindert werden. Ungeklärte Fragen hinsichtlich der Wirksamkeit der Verfahren und daraus resultierende Anwendungsbeschränkungen in den maßgebenden Regelwerken haben eine praxisgerechte Anwendung der Verfahren bis dato kaum möglich gemacht. Ziel dieser Arbeit war es im Rahmen von grundlegenden Untersuchungen die Mechanismen des Instandsetzungsprinzips W-Cl bzw. der Instandsetzungsverfahren 7.7 und 8.3 besser zu verstehen, um damit einen Beitrag zur Schaffung der erforderlichen Grundlagen für eine breitere Anwendung der Verfahren in der Praxis zu leisten. Im Fokus stand dabei die Entwicklung eines Modells zur Beschreibung der Chloridumverteilung nach Applikation einer Oberflächenschutzbeschichtung. Hierzu wurde zunächst ein mathematisches Modell mit einer in sich geschlossenen analytischen Lösung entwickelt, mit dessen Hilfe die Chloridumverteilung unter Annahme einer vollständigen Wassersättigung des Betons nach Applikation einer systemabdichtenden Oberflächenschutz-beschichtung berechnet werden kann. Daran anknüpfend wurde der Einfluss der infolge der Anwendung des Instandsetzungsprinzips W-Cl bzw. der Instandsetzungsverfahren 7.7 und 8.3 zu erwartenden Austrocknung des Betons auf die Chloridumverteilung im abgedichteten System untersucht. Auf Basis von eigenen Untersuchungen und darauf aufbauenden numerischen Berechnungen wurden materialspezifische Abminderungsfunktionen entwickelt, die die Abhängigkeit des Chloriddiffusionskoeffizienten von der Umgebungsfeuchte beschreiben. Abschließend wurden auf Grundlage einer Parameterstudie allgemeingültige Grenzwerte für Randbedingungen hergeleitet, bis zu denen eine Instandsetzung nach dem Verfahren 7.7 angewendet werden kann, ohne dass im Zuge der Chloridumverteilung der kritische korrosionsauslösende Chloridgehalt auf Höhe der Bewehrung im geplanten Restnutzungszeitraum überschritten wird. Ein Großteil der dieser Arbeit zu Grunde liegenden Untersuchungen erfolgte im Rahmen des von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Projektes „Anwendungsgrenzen des Instandsetzungsprinzip W-Cl“.

Solar radiation data is essential for the development of many solar energy applications ranging from thermal collectors to building simulation tools, but its availability is limited, especially the diffuse radiation component. There are several studies aimed at predicting this value, but very few studies cover the generalizability of such models on varying climates. Our study investigates how well these models generalize and also show how to enhance their generalizability on different climates. Since machine learning approaches are known to generalize well, we apply them to truly understand how well they perform on different climates than they are originally trained. Therefore, we trained them on datasets from the U.S. and tested on several European climates. The machine learning model that is developed for U.S. climates not only showed low mean absolute error (MAE) of 23 W/m2, but also generalized very well on European climates with MAE in the range of 20 to 27 W/m2. Further investigation into the factors influencing the generalizability revealed that careful selection of the training data can improve the results significantly

Injektionsanker haben sich in den letzten Jahrzehnten zu einem üblichen Befesti- gungsmittel entwickelt. Mit dem gestiegenen Einsatz sind auch die Anforderungen an die Tragfähigkeit und die Einsatzfelder gestiegen. So wird inzwischen häufig auch eine Qualifizierung von Injektionsankern für den Brandfall gefordert. Parallel ist das Wissen über den Tragmechanismus unter Brandeinwirkung bisher gering und Richt- linien zur Bewertung des Feuerwiderstands fehlen. Im Rahmen dieser Arbeit werden die Einwirkungen, die durch ein Brandereignis verursacht werden, anhand von stati- schen Berechnungen und thermisch-transienten Simulationen ermittelt. Des Weiteren wird die Tragfähigkeit und das Tragverhalten von Injektionsankern im Temperaturbe- reich von 20 °C und 400 °C experimentell untersucht. Die Einflussfaktoren auf die Verbundspannungs-Temperaturbeziehung von Injektionsmörteln, wie der Durchmes- ser der Ankerstange, die Betonfeuchte, innere und äußere Spannungen und die Art der Versuchsdurchführung werden bewertet. Außerdem werden Feuerwiderstände ge- genüber Stahlversagen von Gewindestangen nach 30 min, 60 min, 90 min und 120 min angegeben, die durch die Auswertung zahlreicher experimenteller Untersuchungen ermittelt wurden. Insgesamt zeigt die Forschungsarbeit auf, wie Komplex die Einwir- kungen und die Einflussfaktoren auf die Tragfähigkeit von Injektionsankern im Brandfall sind. Es können Feuerwiderstände bzw. Berechnungsansätze zur Bestimmung von Feuerwiderständen von Injektionsankern gegeben werden, die auf der sicheren Seite liegende Ergebnisse liefern. Eine Bestätigung der Ergebnisse durch Realbrandversu- che kann nicht gänzlich ersetzt werden.

To achieve the Paris climate protection goals there is an urgent need for action in the energy sector. Innovative concepts in the fields of short-term flexibility, long-term energy storage and energy conversion are required to defossilize all sectors by 2040. Water management is already involved in this field with biogas production and power generation and partly with using flexibility options. However, further steps are possible. Additionally, from a water management perspective, the elimination of organic micropollutants (OMP) is increasingly important. In this feasibility study a concept is presented, reacting to energy surplus and deficits from the energy grid and thus providing the needed long-term storage in combination with the elimination of OMP in municipal wastewater treatment plants (WWTPs). The concept is based on the operation of an electrolyzer, driven by local power production on the plant (photovoltaic (PV), combined heat and power plant (CHP)-units) as well as renewable energy from the grid (to offer system service: automatic frequency restoration reserve (aFRR)), to produce hydrogen and oxygen. Hydrogen is fed into the local gas grid and oxygen used for micropollutant removal via upgrading it to ozone. The feasibility of such a concept was examined for the WWTP in Mainz (Germany). It has been shown that despite partially unfavorable boundary conditions concerning renewable surplus energy in the grid, implementing electrolysis operated with regenerative energy in combination with micropollutant removal using ozonation and activated carbon filter is a reasonable and sustainable option for both, the climate and water protection

Aufgrund der Endlichkeit fossiler Energieträger gewinnen erneuerbare Energien wie Solarenergie zukünftig immer mehr an Bedeutung. Zum einen kann die solare Strah-lung mittels Photovoltaik direkt in elektrischen Strom ungewandelt werden, zum ande-ren kann die Wärme infolge der Sonnenstrahlung in solarthermischen Kraftwerken genutzt werden. Dabei wird die Strahlung punktförmig (Heliostatenkraftwerk) oder li-nienförmig (Parabolrinnenkraftwerk) auf einen Receiver reflektiert. Bei Rinnenkraft-werken ist dieser mit einem thermischen Öl gefüllt, welches erwärmt wird. Der dabei entstehende Dampf wird in einem angehängten industriellen Prozess zur Erzeugung von elektrischem Strom genutzt. Allerdings bestehen diese Rinnensysteme überwie-gend aus aufwendigen, kleinteiligen Stahlfachwerken, deren Montage kostenintensiv ist. Die Standorte solcher Rinnenkraftwerke liegen meist in Wüstenregionen, die korrosive Umgebungsbedingungen für den Stahl aufweisen können. Zudem müssen bei der Er-richtung einer Kraftwerksanlage alle notwendigen Fachwerkelemente über längere Distanzen zu den oftmals abgelegenen Standorten transportiert werden. Für eine effizientere Auslegung solcher Parabolrinnensysteme entstand die Idee einer optimierten Systemstruktur aus Hochleistungsbeton. Das neuartige Konzept umfasst sowohl eine filigrane Tragstruktur für eine effektive Rinnenherstellung direkt am Aufstel-lungsort, als auch eine geometrische Optimierung, die eine effiziente Sonnennachver-folgung der dünnwandigen Betonschale sicherstellt. Hierfür wurden spezielle Verzah-nungen aus Hochleistungsbeton entwickelt, die in einem direkten Reibkontakt zueinan-der stehen. Dieser verursacht infolge der Sonnennachverfolgung Reibung und Ver-schleiß an den Verzahnungen. Ziel dieser Arbeit ist sowohl die Auslegung als auch die Untersuchung des Abrieb- und Verschleißverhaltens von Verzahnungen aus Hochleistungsbeton für Parabolrinnen. Weitere Anwendungsgebiete bei denen hohe Kräfte bei kleinen Drehzahlen übertragen werden müssen sind denkbar (z. B. bei Zahnrädern für Schleusentore). Zuerst werden die theoretischen Grundlagen im Bereich von Parabolrinnensystemen wiedergegeben sowie Erkentnisse über die Verschleißmechanismen bei direktem Reib-kontakt von Betonoberflächen erläutert. Mit der detaillierten Darstellung zur Konstrukti-on und Bemessung von gängigen Maschinenbauverzahnungen wird, für eine optimale Zahnradauslegung, eine interdisziplinäre Wissensverknüpfung geschaffen. In ausge-wählten experimentellen Reibversuchen an Betonplatten sollen genaue Aufschlüsse über das Abriebverhalten des verwendeten Hochleistungsbetons geschaffen werden, welche letztendlich zu einer Auslegung von Verzahnungen aus Hochleistungsbeton führen. Diese Auslegung wird durch FE-Simulationen ergänzt, die Informationen zu den Schwindverformungen der Verzahnung und den auftretenden Spannungen berücksich-tigen. Abschließend wird anhand eines Großdemonstrators die generelle Umsetzbarkeit eines Parabolrinnensystems mit einer Verzahnung aus Hochleistungsbeton gezeigt.

Durch die Kombination von Hohlkörpern mit einem Feinkorn-Hochleistungsbeton können sehr leistungsfähige und zugleich schlanke Tragstrukturen realisiert wer-den. Dies ermöglicht einen effizienten Materialeinsatz, wodurch Beton, Betonstahl und insbesondere der im Beton enthaltene Zement gegenüber herkömmlichen Strukturen verringert werden können. Die Herstellung dieser Materialien erfordert einen hohen Einsatz von Primärenergie, sodass sich in der Folge nicht nur der Verbrauch primärer Energieträger, sondern insbesondere die Emission von Treib-hausgasen reduziert. Zur Sicherstellung einer praxisgerechten Handhabung gilt es, einen Hochleis-tungsbeton auszuwählen, der hinsichtlich seiner mechanischen Kennwerte hohen Anforderungen entspricht und zugleich gut zu verarbeiten ist. Der in der vorliegen-den Arbeit verwendete Nanodur®-Beton zeichnet sich sowohl durch seine Zug- und Druckfestigkeit als auch seinen hohen E-Modul gegenüber herkömmlichen Beto-nen aus. Er lässt sich einfach verarbeiten und kann ohne die Verwendung speziel-ler Mischanlagen hergestellt werden. Bisher durchgeführte Untersuchungen haben gezeigt, dass die Verwendung von Hohlkörpern das Tragverhalten von Deckenplatten maßgeblich beeinflusst. Es wurde festgestellt, dass insbesondere die Querkrafttragfähigkeit ohne Querkraft-bewehrung sowie die lokale Durchstanztragfähigkeit deutlich verringert werden, sodass diese mittels experimenteller Untersuchungen für Hohlkörperdecken aus Feinkorn-Hochleistungsbeton neu zu bewerten sind. Das Biegetrag- und das Ver-formungsverhalten können anhand dieser Ergebnisse sowie weiterer theoretischer Betrachtungen bewertet werden, da diese durch die Verwendung von Hohlkörpern im Querschnitt nur untergeordnet verändert werden. Für weitergehende Untersu-chungen wurden ein FE-Berechnungsmodell an den ermittelten Daten kalibriert und die Eingaben an Versuchen validiert. Die Untersuchungsergebnisse haben gezeigt, dass bereits bestehende Berech-nungs- bzw. Bemessungsansätze nur mit Einschränkungen auf Hohlkörperdecken aus Feinkorn-Hochleistungsbeton übertragen werden können. Die Bemessung der Biegetragfähigkeit und der lokalen Durchstanztragfähigkeit wurde anhand von bereits vorliegenden Konzepten modifiziert und durch Parameter zur Berücksichti-gung des feinkörnigen Nanodur®-Betons sowie der gegenüber von herkömmli-chen Betonen reduzierten Betondeckung von Bewehrung und Hohlkörpern ergänzt. Die Berechnung der Verformungen wurde auf Grundlage etablierter Ansätze so-wohl für Hohlkörperdecken als auch für massiv ausgeführte Querschnitte aus Na-nodur®-Beton an den durchgeführten Versuchen kalibriert. Zur Ermittlung der Querkrafttragfähigkeit ohne Querkraftbewehrung wurde ein Modell an den experi-mentellen Untersuchungen validiert, das auf der individuellen Ermittlung der drei Haupttraganteile der Querkrafttragfähigkeit (ungerissene Betondruckzone, Rissrei-bung sowie Dübelwirkung der Längsbewehrung) basiert. Aufgrund der Komplexität dieses Modells wurde weiterhin ein Konzept entwickelt, das die praxisgerechte Bemessung der Querkrafttragfähigkeit ohne Querkraftbewehrung von Hohlkörper-decken aus Feinkorn-Hochleistungsbeton ermöglicht. Abschließend wird die Anwendung der in dieser Dissertation erarbeiteten Berech-nungs- und Bemessungsmodelle an einem Anwendungsbeispiel veranschaulicht.

The development of a power system based on high shares of renewable energy sources puts high demands on power grids and the remaining controllable power generation plants, load management and the storage of energy. To reach climate protection goals and a significant reduction of CO2, surplus energies from fluctuating renewables have to be used to defossilize not only the power production sector but the mobility, heat and industry sectors as well, which is called sector coupling. In this article, the role of wastewater treatment plants by means of sector coupling is pictured, discussed and evaluated. The results show significant synergies—for example, using electrical surplus energy to produce hydrogen and oxygen with an electrolyzer to use them for long-term storage and enhancing purification processes on the wastewater treatment plant (WWTP). Furthermore, biofuels and storable methane gas can be produced or integrate the WWTP into a local heating network. An interconnection in many fields of different research sectors are given and show that a practical utilization is possible and reasonable for WWTPs to contribute with sustainable energy concepts to defossilization.

In der vorliegenden Dissertation wurde untersucht, wie die Wasseraufnahme von rezyklierter Gesteinskörnung in der Betonzusammensetzung so zu berücksichtigen ist, dass der Wassergehalt im Zementleim gegenüber dem Sollwert nicht durch Wassersaugen der Gesteinskörnung verändert wird. Aufbauend auf der zu entwi-ckelnden Methode zur zielsicheren Einstellung des vorgesehenen Wassergehalts im Zementleim wurde im Rahmen dieser Arbeit die Frage diskutiert, wie rezyklierte Gesteinskörnung bei gleichem Wasserzementwert die Festigkeit und das Elastizi-tätsmodul des Gesamtsystems im Vergleich zu Normalbeton beeinflusst und wel-che Faktoren dafür in welchem Maß relevant sind. Die Untersuchungen zeigten, dass die Steuerung der Aufbereitungstechnik für rezyklierte Gesteinskörnungen es ermöglicht, vergleichbare Streuungen in den Eigenschaften bei Lieferungen aus einem Herstellwerk einzuhalten, wie sie auch für natürliche Gesteinskörnungen gegeben sind. Des Weiteren zeigten die Untersuchungen, dass es ausreicht, die rezyklierte Ge-steinskörnung anhand der Kornrohdichten und der Wasseraufnahme zu charakte-risieren, die im Pyknometerverfahren nach zehn Minuten ermittelt werden. Aus den so gewonnenen Kennwerten kann auf die jeweilige Kornrohdichte in allen weiteren Feuchtezuständen extrapoliert werden. Die Zugabewassermenge einer Referenz-mischung aus natürlicher Gesteinskörnung sollte nach den Ergebnissen der Unter-suchungen um diejenige Menge an Zusatzwasser erhöht werden, die die rezyklier-te Gesteinskörnung innerhalb von zehn Minuten im Pyknometerversuch aufneh-men kann. Es ist nicht notwendig rezyklierte Gesteinskörnung wasserzusättigen oder vollständig zu trocknen. Maximale Festbetoneigenschaften werden erreicht, wenn die Gesteinskörnung Kernfeuchte aufweist ohne vollständig gesättigt zu sein. Die Eigenfeuchte sollte ermittelt und auf das nötige Gesamtwasser angerechnet werden. Rezyklierte Gesteinskörnungen, unabhängig vom verwendeten zugelassenen Typ, verminderten in den Untersuchungen zu dieser Arbeit bei gleicher Zusammenset-zung der Zementsteinmatrix weder die Druckfestigkeit noch die Spaltzugfestigkeit. Das Elastizitätsmodul kann geringer ausfallen als bei Betonen mit natürlicher Ge-steinskörnung.

Mehrschichtige Stahlbetonwandtafeln bestehen aus einer Trag- und Vorsatzschale aus Stahlbeton sowie einer innenliegenden Dämmschicht. Die als Fassade fungierende Vorsatzschale ist in der Regel nichttragend und dient als Wetterschutzschicht für die Wärmedämmung sowie zur Gestaltung des Gebäudes. Trotz der nichttragenden Funktion werden diese Fassaden massiv ausgeführt, da die innenliegende Bewehrung vor Korrosion geschützt werden muss. Das widerspricht dem Trend zu immer größeren, filigranen Sichtbetonfassaden, die ein Minimum an Fugen aufweisen. Durch innovative Entwicklungen im Bereich der Betontechnologie sowie in der Verankerungstechnik wird der Bau von filigranen, unbewehrten, energieeffizienten und nachhaltigen Architekturbetonfassaden mit wenigen Zentimetern Bauteildicke als Vorsatzschale von mehrschichtigen Stahlbetonwand-tafeln ermöglicht. Dieses Potential eröffnet sich durch die Verwendung von Ultrahochleistungsbetonen, die sich unteranderem durch ihre hohe Zug- und Biegezugfestigkeit auszeichnen. Durch Verbindungsmittel aus glasfaserverstärktem Kunststoff wird die Fassade mehrfach statisch unbestimmt befestigt. Aufgrund des vergleichsweise geringen Elastizitätsmoduls können die sonst kritischen Belastungen infolge Zwangs reduziert werden. Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung eines abgesicherten Bemessungskonzeptes um unbewehrte, punktgestützte Fassaden als Vorsatzschicht in mehrschichtigen Stahlbetonwandtafeln bemessen zu können. Dabei liegt der Fokus auf der Berücksichtigung von Zwangseinwirkungen, Expositionen und geometrischen Einflüssen. Es werden umfangreiche, kleinmaßstäbliche Versuche durchgeführt, um den Maßstabseffekt, den Einfluss der Tragrichtung, des verwendeten Gesteins sowie Expositionen infolge Temperatur, Feuchtigkeit und Frost-Tau-Wechseln auf den Materialwiderstand zu untersuchen. In Großversuchen werden ausgewählte Expositionen sowie geometrische Parameter am Gesamtsystem erforscht. Weiterhin wird der Einfluss der lokalen und globalen Steifigkeit der Unterkonstruktion analysiert. In einem nächsten Schritt erfolgen die numerische Simulation des Fassadensystems und die Modellverifizierung anhand der Ergebnisse der Großversuche. Mithilfe einer Parameterstudie wird der Einfluss einer globalen und lokalen Steifigkeitsänderung der Unterkonstruktion untersucht. Ein weiterer Fokus liegt auf der Spannungsverteilung im Bereich einspringender Bauteilecken. Die Ergebnisse münden in einem Bemessungskonzept und Konstruktionsregeln für die Fassadenplatte, Verbindungsmittel sowie die Verankerung. Für die Fassade wird ein Biege- und Normalkraftnachweis eingeführt. Die Verbindungsmittel werden auf Biegung und Zug, Schub und Stabilität nachgewiesen. Hinsichtlich der Verankerung wird ein Zug-, Querzug- und Drucknachweis geführt. Das Bemessungskonzept basiert auf einer Kombination der Bemessung von Glas- und Betonwerksteinfassaden, beinhaltet Geometriefaktoren wie im Holzbau und berücksichtigt erstmalig und planmäßig auch Zwangseinwirkungen. Die Berechnungsmodelle werden anhand der Versuchsergebnisse plausibilisiert. Ein semiprobabilistisches Teilsicherheitskonzept mit der Bestimmung des Teilsicherheitsbeiwertes für UHPC (engl. Ultra High Performance Concrete) sowie ein Resttragfähigkeitsnachweis runden die Arbeit ab.

Maschinenbetten und -gestelle werden vorwiegend aus Grauguss und als Stahlschweißkonstruktion gefertigt. Aufgrund technischer und wirtschaftlicher Vorteile haben sich seit den 80er Jahren zusätzlich Mineralguss oder epoxidharzgebundener Polymerbeton etabliert. Seit mehreren Jahren wird Ultra High Performance Concrete – UHPC – erfolgreich bei Werkzeugmaschinen eingesetzt. Auf diesen Grundgestellen aus Beton werden neben Gehäusen, Getrieben, Werkzeughaltern, Trafos usw. vor allem die beweglichen Teile der Maschine befestigt. Gängige Praxis hierfür ist die Verwendung von Linearführungsschienen. Diese Arbeit untersucht die vorgespannte, geschraubte Befestigung der Linearführung auf geschliffenen Betonoberfläche mit Hilfe von speziellen Gewindehülsen. In rechnerischen Voruntersuchungen mittels der FE-Methode wurde der Kraftfluss von der Linearführung über die Befestigungsschraube zur Gewindehülse bis in den Betonuntergrund untersucht und darauf aufbauend ein Versuchsprogramm festgelegt. Probekörper aus hochfestem Beton des Marktführers wurden hergestellt und experimentell untersucht. Nach der Auswertung der Versuche wurde ein Bemessungskonzept entwickelt und in Form einer schrittweisen Anleitung festgehalten. Mehrere Beispiele zeigen die Anwendung des Verfahrens. Berechnungen, Versuchskonzeption, Durchführung der Versuche, Versuchsauswertung sowie die Entwicklung des Bemessungskonzeptes erfolgten durch den Verfasser. Die Versuche wurden in seiner Anwesenheit in seinem Betrieb, in spezialisierten Unternehmen mit entsprechender Geräteausstattung und zum größten Teil an der TU Kaiserslautern durchgeführt. Die hier betrachteten Untersuchungen und Bemessungsvorschläge betrachten ausschließlich Maschinenbauteile und dürfen nicht auf Situationen im Bauwesen übertragen werden.

Die Nachrechnung bestehender Bauwerke muss grundsätzlich auf Basis der aktuellen, bauaufsichtlich eingeführten technischen Baubestimmungen geführt werden. Dazu werden charakteristische Materialkennwerte der verwendeten Baustoffe benötigt. Im Rahmen einer Vordimensionierung kann die Betondruckfestigkeit durch Umrechnung von aus der Herstellzeit dokumentierten Werten abgeschätzt werden. Für eine abgesicherte Nachrechnung hingegen muss die charakteristische Betondruckfestigkeit durch Untersuchungen am Bauwerk ermittelt werden, um den Einfluss verschiedener last- oder zeitabhängiger Prozesse zu erfassen. Zur statistischen Bewertung der experimentell ermittelten Werte der In-situ-Betondruckfestigkeit existieren verschiedene Verfahren. Besonders bei kleinem Stichprobenumfang führen die bisher gebräuchlichen Verfahren nach DIN EN 1990:2010-12 und DIN EN 13791:2008-05 jedoch teilweise zu ingenieurmäßig als kritisch einzustufenden Ergebnissen, welche die tatsächliche In-situ-Betondruckfestigkeit erheblich über- oder unterschätzen können. Aufbauend auf Untersuchungen an realen, umfangreichen Datensätzen wurde in dieser Arbeit ein neues Verfahren mit den vom Stichprobenumfang und dem Variationskoeffizienten abhängigen modifizierten Ansätzen A und B zur Bestimmung der charakteristischen In-situ-Betondruckfestigkeit, basierend auf experimentell, mit direkten Prüfverfahren ermittelten Einzelwerten, entwickelt. Zur Bestimmung des Nachrechnungswertes der Betondruckfestigkeit gilt es über den charakteristischen Wert der In-situ-Betondruckfestigkeit hinaus auch noch den Unterschied zwischen Bauwerks- und Normprobekörperdruckfestigkeit sowie den Einfluss von Dauerstandseffekten zu bewerten. Die durchgeführten Untersuchungen zeigen, dass bei Bestandsbetonen, wie auch bereits im Neubaufall, das Verhältnis zwischen Bauwerks- und Normprobekörperfestigkeit ca. 0,85 beträgt. Auch bei der experimentellen Ermittlung der In-situ-Betondruckfestigkeit an aus dem Bauwerk entnommenen Proben ist der Unterschied zwischen Kurzzeit- und Dauerstandsfestigkeit mit dem im Neubaufall gebräuchlichen Faktor αcc = 0,85 zu berücksichtigen. Neben der Druckfestigkeit, ist im Rahmen der Nachrechnung von Bestandsbauwerken auch teilweise die Zugfestigkeit oder der Elastizitätsmodul von Bestandsbetonen zu bewerten. Die in DIN EN 1992-1-1:2011-01 enthaltenen Beziehungen zwischen Druck- und Zugfestigkeit sowie zwischen Druckfestigkeit und Elastizitätsmodul sind jedoch ausschließlich für im Neubaufall verwendete Betone nach DIN EN 206-1:2001-07 ausgelegt. Die Untersuchungen zeigen, dass die in DIN EN 1992-1-1:2011-01 enthaltene Korrelation zwischen Druck- und Zugfestigkeit auch zur groben Abschätzung der Zugfestigkeit von Bestandsbetonen verwendet werden kann. Im Einzelfall sind jedoch auch große Abweichungen nicht auzuschließen. Bedingt durch den großen Einfluss der Gesteinskörnung ist nur eine sehr grobe Abschätzung des Elastizitätsmoduls aus der In-situ-Betondruckfestigkeit möglich.

Im Rahmen der Energiewende werden eine Neustrukturierung des Energiesektors und eine grundlegende Transformation der elektrischen Energieversorgung erforderlich. Die volatile Erzeugung von Strom aus Wind und Sonne erfordert mit stetig steigendem Anteil an der Gesamtenergieproduktion einen immer höheren Bedarf an Flexibilität zur Stabilisierung der Stromnetze. Aus energetischer Sicht zeichnen sich Kläranlagen durch eine Vielfalt an Prozessen aus, bei denen Energie umgewandelt, gespeichert, bezogen und produziert wird. Die vorliegende Arbeit soll einen Beitrag zu einem besseren Verständnis und vertieften Erkenntnissen an der Schnittstelle zwischen der Abwasser- und der Energiewirtschaft liefern, indem die Vereinbarkeit zwischen den Belangen der Abwasserreinigung und einem flexiblen Anlagenbetrieb sowie die Stromerzeugungs- und Flexibilitätspotenziale kommunaler Kläranlagen in Deutschland umfassend untersucht wurden. Vor diesem Hintergrund wurden Erkenntnisse gewonnen, die zur Auswahl, Bewertung und möglichst sicheren Implementierung von typischen Aggregaten auf Kläranlagen herangezogen werden können, um durch einen anpassungsfähigen Anlagenbetrieb Flexibilität bereit zu stellen. Die zugrundeliegende Methodik wurde im Wesentlichen am Beispiel der Kläranlage Radevormwald entwickelt. Dabei wurden relevante Kennzahlen erarbeitet, die die klärtechnischen Anforderungen sowohl mit den technisch-physikalischen als auch energiemarktbedingten Anforderungen an die Aggregate in Einklang bringen. Ein wesentlicher Fokus liegt auf den abgeleiteten Restriktionen und Kontrollparametern, um einen sicheren Reinigungsbetrieb zu gewährleisten. Im Rahmen dieser Forschungsarbeit konnte eine Vielzahl von Erkenntnissen an der Schnittstelle von Energie- und Abwasserwirtschaft gewonnen, bestätigt und zur Ableitung von Anwendungsempfehlungen genutzt werden. Die vorhandene Flexibilität auf Kläranlagen kommt für eine Vielzahl von Verwendungsmöglichkeiten in Betracht. Damit können sie bereits heute und zukünftig verstärkt an Produkten der Energieversorgung und neuen Geschäftsmodellen teilhaben. Die untersuchten Aggregate weisen dabei je nach Verwendungszweck unterschiedliche Eignungen auf und nicht jedes Aggregat ist für jede Nutzungsoption einsetzbar. Die Ergebnisse belegen, dass Kläranlagen mit ihren Leistungsgrößen und verschiebbaren Energiemengen relevante Beiträge zur Energiewende leisten können und zu mehr in der Lage sind als, weitgehend losgelöst vom Energiemarkt und den sich dort abzeichnenden Änderungen, elektrische Energie nur zur eigenen Nutzung zu verwenden.

Ultrahochfester Beton (UHB oder aus dem Englischen Ultra High Performance Concrete, kurz UHPC) weist eine Druckfestigkeit im Bereich von 150 bis 250 MPa auf. Eine gesteigerte Zugfestigkeit und ein duktiles Verhalten werden durch die Zugabe von Mikrostahlfasern erzielt (Ultra High Performance Fibre Reinforced Concrete, UHPFRC). Der Fasergehalt ist in der Regel höher als bei normalfestem Faserbeton, sodass aufgrund der Fasern ein „Strain-hardening“ Verhalten erreicht werden kann: in einem Biegezugversuch kann die Last nach der Erstrissbildung weiter gesteigert werden bis zur Ausbildung mehrerer feiner Risse. Da der Beitrag der Fasern zum Zugtragverhalten des UHPFRC ein wesentlicher ist, müssen die Bauteile im gerissenen Zustand bemessen werden. Während der statische und dynamische Widerstand bereits umfangreich untersucht wurde, liegen nur wenige Untersuchungen bezüglich das Dauerstandzugverhaltens von gerissenem ultrahochfestem Beton vor. Untersuchungen an normalfestem faserverstärktem Beton haben gezeigt, dass die zeitabhängigen Zugverformungen im gerissenen Zustand größer sind als die in ungerissenem Material. Um die zu erwartenden Verformungen abschätzen zu können und um das Kriechverhalten des Materials bis zum Versagen zu analysieren, wurde im Rahmen dieser Arbeit ein umfangreiches Versuchsprogramm durchgeführt. Über 60 uniaxiale Zug- und Biegezugprobekörper wurden unter Dauerlast über einen Zeitraum von bis zu 15 Monaten beansprucht. Davon wurden 22 Probekörper nach vier Monaten hinsichtlich ihrer Resttragfähigkeit getestet. Die restlichen Probekörper befinden sich für Langzeit-Messungen weiterhin in den Dauerlastprüfständen. Es wurden dabei verschiedene Parameter untersucht: u.a. das Belastungsniveau, Art und Umfang der Nachbehandlung des Betons, das Betonalter zu Beginn der Belastung, der Fasergehalt und die Faserschlankheit. Das Schwinden der unbelasteten Probekörper sowie das Druckkriechen belasteter Probekörper wurden an der verwendeten Mischung gemessen. Der UHPFRC wies im Allgemeinen ein sehr stabiles Verhalten auf und es zeigte sich keine unkontrollierte Zunahme der Verformungen infolge eines Faserauszugs. Lediglich bei einem Probekörper kam es bei einer Last von 79% der aufgebrachten Last am Ende der Vorbelastung zum Versagen. Der Autor sieht dabei eine ungünstige Faserausrichtung als mögliche Ursache des frühzeitigen Versagens des Probekörpers an, was auf einen bedeutenden Einfluss dieses Parameters auf die Tragfähigkeit schließen lässt. Hinsichtlich der Bemessung von gerissenen UHPFRC-Bauteilen unter Dauerlast wurde ein Vorschlag für die Bemessung der Dauerstandfestigkeit ausgearbeitet. Darüber hinaus wurden Faserauszugversuche durchgeführt und das Verbund-Schlupfverhalten der verwendeten Fasern ermittelt. Einige Probekörper wurden nach uniaxialen Zugversuchen per Computertomographie gescannt, um den Zusammenhang der Fasern im Versagensquerschnitt zur Zugfestigkeit der Probekörper zu untersuchen. Die untersuchten Probekörper wiesen unterschiedliche Zugfestigkeiten auf. Diese konnten durch die verschiedenen Faseranzahlen im Versagensquerschnitt gut abgebildet werden.

Eine Anpassung von Wasserversorgungs- und Abwasserentsorgungssystemen im ländlichen Raum kann aufgrund vielfältiger Herausforderungen wie demografischen, siedlungsstrukturellen und klimatischen Veränderungen erforderlich werden. Im Zuge dessen können auch die Nachhaltigkeit und Ressourceneffizienz der bestehenden Systeme gesteigert werden. Das Ziel dieser Arbeit ist die Ableitung von Handlungsempfehlungen zur Unterstützung der notwendigen Anpassungsprozesse der Abwasserentsorgung ländlicher Gemeinden. Dazu werden verschiedene Transformationspfade für Abwassersysteme aufgezeigt und analysiert. In dieser Arbeit wird ein softwaregestütztes Entscheidungs- und Optimierungssystem angewendet und evaluiert, dass optimale Anpassungsmöglichkeiten aufgezeigt. Das gemischt-ganzzahlige lineare Optimierungsmodell berechnet für jede Gemeinde in Abhängigkeit von dem ausgewählten Szenario und vorgegebenen Zielen den optimalen Transformationspfad mit seiner zeitlichen und räumlichen Umsetzung. In den Szenarien werden zukünftige Entwicklungen der Bevölkerung, der Siedlungsstruktur, des Wasserbedarfs, der Kosten technischer Anlagen und des Klimawandels berücksichtigt. Die Zielfunktion bildet sich aus der gewichteten Summe ökonomischer, ökologischer und sozialer Bewertungskriterien. Die beispielhafte Anwendung des Modells erfolgt für zwei repräsentative ländliche Modellkommunen in Rheinland-Pfalz. Durch eine detaillierte Auswertung und Evaluierung von ausgewählten Kombinationen von Szenarien und Bewertungskriterien kann das Spektrum an möglichen Transformationspfaden von der Erhaltung des zentralen Systems bis hin zu dezentralen und ressourcenorientierten Systemen aufgezeigt werden. Sensitivitätsbetrachtungen zeigen, dass die Auswahl und Gewichtung der Bewertungskriterien und die lokalen Randbedingungen der Gemeinde einen größeren Einfluss auf die resultierende Transformationspfade haben als die Auswahl der Szenarien. Der Zustand des Entwässerungssystems wie der Anteil alter Kanäle, ein großer Anteil Mischsystem, große Durchmesser und eine große Kanallänge pro Einwohner sowie eine niedrige Siedlungsdichte fördern dezentrale Strukturen und sind geeignete Voraussetzungen für einen Systemwechsel. Bei der Priorisierung der Ziele Flexibilität, Wasserbilanz und Wasserrecycling wird die Dezentralisierung eines Systems mit Kleinkläranlagen favorisiert. Ein ressourcenorientiertes System mit einer Grau- und Schwarzwassertrennung ist nur zukünftig vorteilhaft, wenn die Ziele Wasserrecycling, Nährstoffrecycling und/oder Energieeffizienz priorisiert werden. Wenn ein Systemwechsel vollzogen werden soll, müssen auch die Auswirkungen auf die Wasserversorgung und Abwasserreinigung untersucht werden. Es kann gezeigt werden, dass bei einer abnehmenden Bevölkerung dezentrale und ressourcenorientierte Systeme im ländlichen Raum eine Alternative darstellen. Zur Begleitung von Transformationsprozessen ist die Verwendung einer adäquaten Methodik zum Aufzeigen von verschiedenen Systemalternativen (z.B. mathematische Optimierung) zielführend.

Der vorliegende Tagungsband erscheint als Band 1 der neuen Schriftenreihe Wasser Infrastruktur Ressourcen, in der die Fachgebiete Siedlungswasserwirtschaft und Ressourceneffiziente Abwasserbehandlung der TU Kaiserslautern künftig ihre wissenschaftlichen Aktivitäten und Ergebnisse gemeinsam publizieren werden. Für den Start dieser Schriftenreihe erscheint die Sammlung der Beiträge zur Gemeinschaftstagung aqua urbanica trifft RegenwasserTage bestens geeignet. Die Fachbeiträge beleuchten mit Regenwasser in urbanen Räumen ein Themenfeld, das seit mehr als 25 Jahren im Fokus der Forschungsaktivitäten des Herausgebers steht und ein zentrales Element der beiden in diesem Jahr zusammengeführten Tagungen seit vielen Jahren darstellt. Die Regenwassertage finden 2018 zum 17. Mal statt. Die aqua urbanica wird seit 2011 von den sechs siedlungswasserwirtschaftlichen Schwesterinstitutionen der eawag-ETH Zürich, der Hochschule für Technik Rapperswil, der TU Graz, der Universität Innsbruck, der Universität Stuttgart und der TU Kaiserslautern in Kooperation mit den nationalen Organisationen DWA, ÖWAV und VSA veranstaltet. Die Gemeinschaftstagung widmet sich dem verantwortungsvollen Umgang mit Regenwasser als zentraler Baustein zur Sicherstellung leistungsfähiger kommunaler Entwässerungssysteme. Mit der Fokussierung auf Regenwasser in urbanen Räumen soll den besonderen Herausforderungen Rechnung getragen werden, die aus dem zukunftsgerechten Umgang mit Regenwasser in Siedlungsgebieten erwachsen. Die kommunale Überflutungsvorsorge als Starkregenrisikomanagement, der Schutz der Gewässer vor Belastungen aus Regenwetterabflüssen und der Erhalt des lokalen Wasserhaushalts erfordern eine interdisziplinäre, kooperative Bearbeitung. Sie müssen mit ihren Zielkonflikten auch im Lichte großer Ungewissheiten zukünftiger Entwicklungen bearbeitet werden. Das gilt in besonderem Maße für die in den letzten Jahren beobachtete Häufung extremer Niederschlagsereignisse als mögliche Folge des Klimawandels. Zur Sicherstellung des durch die EN 752 europaweit vorgegebenen Überflutungsschutzes in urbanen Räumen braucht es ein leistungsfähiges Entwässerungssystem, das von mehreren Generationen geschaffen wurde und das es auch weiterhin zu erhalten und zu optimieren gilt. Die genannten Anliegen sind gleichermaßen Themen mit hoher Wertigkeit sowohl bei den umwelt- und kommunalpolitisch Verantwortlichen als auch in der öffentlichen Wahrnehmung. In Verbindung mit den Anforderungen der EU-Wasserrahmenrichtlinie und dem dort verankerten Verschlechterungsverbot für den Zustand der Gewässer gilt es, die oberirdischen Gewässer und das Grundwasser soweit möglich vor Stoffeinträgen durch Regenwetterabflüsse zu schützen. Nach Möglichkeit sollte nur noch nicht behandlungsbedürftiges oder entsprechend vorgereinigtes Regenwasser eingeleitet bzw. zur Versickerung gebracht werden. Dafür kommen innerhalb der bisher eher zentral ausgerichteten Entwässerungskonzepte zunehmend auch intelligente dezentrale und möglichst naturnahe Maßnahmen zum Einsatz. Das sich daraus ergebende Spannungsfeld soll im Rahmen der Tagung möglichst breit betrachtet und diskutiert werden. Mit den Themenschwerpunkten • Ansätze für ein zukunftsfähiges Starkregenrisikomanagement • Lösungsansätze für eine wassersensible Stadtentwicklung • Bewertung der Gewässerbelastungen durch Regenwetterabflüsse • Methoden und Anlagen der Regenwasserbehandlung bietet die Gemeinschaftstagung aqua urbanica trifft RegenwasserTage interessierten Teilnehmern aus Behörden, Kommunen und Verbänden, Hochschulen und Ingenieurbüros einen Überblick über die aktuellen Entwicklungen und den derzeitigen Stand im Umgang mit Regenwasser. Dabei werden Herausforderungen für die moderne Siedlungsentwässerung aufgegriffen und Erfahrungen aus geplanten und realisierten Projekten vorgestellt und diskutiert. Damit soll auch der Austausch zwischen Wissenschaft und Praxis gefördert und verstärkt werden.

Sandwichelemente aus Stahlbeton genügen zahlreichen Ansprüchen hinsichtlich energetischer, wirtschaftlicher, architektonischer und gestalterischer Gesichtspunkte sowie tragfähiger Konstruktionen. Neben Sandwichwänden können Sandwichelemente auch als biegebeanspruchte Bauteile wie Sandwichdecken oder Sandwichdächer eingesetzt werden. Das große Potential solcher Elemente kann jedoch aufgrund fehlender Kenntnisse bezüglich des Last-Verformungs-Verhaltens bisher nicht ausgeschöpft werden. Das Tragverhalten von Stahlbetonsandwichelementen wird maßgeblich durch die Rissbildung in den Betonschichten beeinflusst. Während die Berücksichtigung der Rissbildung beispielsweise bei der Verformungsberechnung von biegebeanspruchten Stahlbetonbauteilen schon intensiv erforscht wurde und realitätsnah beschrieben werden kann, steht die Entwicklung einer abschnittsweisen Berücksichtigung der reduzierten Dehn- und Biegesteifigkeiten infolge der Rissbildung für biegebeanspruchte Sandwichelemente aufgrund der höheren Komplexität noch am Anfang. Bisher existieren nur Modelle, die die Rissbildung im Beton von Sandwichelementen für die Berechnung der Teilschnittgrößen und der Verformung näherungsweise berücksichtigen. Die Anwendung dieser Rissmodelle ist aber aufgrund verschiedener Annahmen und Vereinfachungen, die diesen Modellen zugrunde liegen, für die in dieser Arbeit untersuchten Sandwichelemente mit Stahlbetontragschichten nicht geeignet. Mithilfe eines realitätsnahen Ansatzes zur Bestimmung des Schubmoduls eines Dämmstoffes, der Auswahl eines geeigneten Verfahrens zur Berechnung des Last- Verformungs-Verhaltens eines Stahlbetonbauteils einschließlich der Berücksichtigung der Rissbildung sowie eines Modellvorschlags zur Nachrechnung der Schubversuche an Sandwichelementen wird ein eigenes Ingenieurmodell zur Nachrechnung des Last- Verformungs-Verhaltens von biegebeanspruchten Sandwichelementen entwickelt. Aufbauend auf diesem Ingenieurmodell erfolgt die Erstellung eines Berechnungswerkzeuges. Anhand der Nachrechnung zahlreicher Versuchsergebnisse kann gezeigt werden, dass mit diesem Berechnungswerkzeug eine sehr gute Übereinstimmung der rechnerisch ermittelten mit den im Versuch bestimmten Last-Verformungs-Kurven erzielt werden kann. Das neue Ingenieurmodell berücksichtigt sowohl die reduzierten Dehn- und Biegesteifigkeiten infolge der Rissbildung als auch abschnittsweise unterschiedlich große Schubsteifigkeiten der Kernschicht, die sich aus der Anordnung von stiftförmigen Verbundmitteln ergeben. Basierend auf dem Ingenieurmodell sowie den umfangreichen experimentellen Untersuchungen zum Last-Verformungs-Verhalten von Sandwichelementen wird ein Berechnungswerkzeug sowie ein Bemessungskonzept für Stahlbetonsandwichelemente mit stiftförmigen Verbundmitteln vorgestellt. Damit konnte ein Fortschritt erzielt und die Grundlage für den Einsatz von Sandwichelementen mit Stahlbetontragschichten sowie einer Kernschicht aus Dämmstoffplatten und stiftförmigen Verbundmitteln gelegt werden.

Die Arbeit behandelt neuartige und gängige Methoden der Baugrundertüchtigung. Die Notwendigkeit einer Baugrundertüchtigung ergibt sich, wenn der anstehende Baugrund nicht in der Lage ist, den beabsichtigten Einwirkungen einen ausreichenden Widerstand entgegenzusetzen. Hierbei kann es sich um Einwirkungen einer geplanten Baumaßnahme handeln, wobei diese Lasten statischer oder auch dynamischer Natur sein können. Auch wenn es sich um Hilfsmaßnahmen handelt, beispielsweise an Baustraßen, so müssen diese während der geplanten Bauzeit ihre Funktion sicher erfüllen. Als weiteres Beispiel sei die Verarbeitbarkeit eines Bodens genannt, wenn dieser als Baustoff bei der Errichtung eines Dammbauwerkes verwendet wird. Letztendlich unterliegen Erdbauwerke nicht nur mechanischen Belastungen, sondern können auch durch Erosionsvorgänge einer Beanspruchung ausgesetzt sein. Wird der Baustoff Boden diesen Anforderungen nicht in ausreichendem Maße gerecht, so muss er entweder gegen ein geeignetes Material ausgetauscht werden oder es werden beispielsweise aufwändige Ergänzungsmaßnahmen erforderlich. Um diese Maßnahmen zu umgehen, bieten sich in geeigneten Situationen die Ertüchtigung der vorgefundenen Böden an. Hierbei handelt es sich nicht nur um eine ressourcenschonende Vorgehensweise, oftmals ist diese Vorgehensweise auch die wirtschaftlichere. Der anstehende Boden muss nicht verfrachtet, möglicherweise deponiert und ein neues Material beigefahren werden. Die in situ Bearbeitung erfordert lediglich die Beistellung entsprechender Bauhilfsstoffe zur Ertüchtigung. Welche Art an Bauhilfsstoffen zum Einsatz kommt, richtet sich vorrangig nach den vorgefundenen Bodenverhältnissen. Als traditionelles und längst etabliertes Verfahren hat sich die Beimischung geeigneter Bindemittel hervorgetan. Zu nennen sind hier die beiden hydraulischen Bindemittel Kalk und Zement. Für die Anwendung dieser Stoffe existieren Regelwerke, die Prüfungs- und Kontrollmethoden vor und während des Einbaus solcher Boden-Bindemittel-Mischungen beschreiben. Trotz des seit langer Zeit bewährten Einsatzes, ist auch bei den beiden genannten Bauhilfsstoffen zu berücksichtigen, dass es sich letztendlich um Rohstoffe handelt, obwohl auch hier insbesondere bei den Kompositzementen bereits ein erhebliches Recyclingpotential genutzt wird. Jedoch fällt ins Gewicht, dass bei der Herstellung der Produkte klimaschädliches Kohlendioxid freigesetzt wird. Unter diesen Gesichtspunkten stellt die Verwendung von Industrieabfällen, die in gleichbleibender Güte anfallen, eine interessante Alternative dar. Neben diesen sogenannten by-products können auch recyclingfähige Materialien verwendet werden, sofern deren Eignung nachgewiesen werden kann. Eine gewisse Hürde bei der Verwendung der letztgenannten Alternativen stellen umweltrechtliche Fragestellungen dar. Zum einen handelt es sich um Abfälle und damit um Produkte, die rechtlich einer gänzlich anderen Würdigung und Bewertung unterliegen. Zum anderen müssen entsprechende Wechselwirkungen zwischen den Stoffen und der umgebenden Biosphäre berücksichtigt und bewertet werden. In der vorliegenden Habilitationsarbeit werden im ersten Kapitel zunächst als Ausgangspunkt die wesentlichen Merkmale und Eigenschaften beim Einsatz traditioneller Kalk- und Zementbeimischungen untersucht. Das Kapitel 2 schließt an mit Betrachtungen zu dem Baustoff Tonbeton. Hierbei handelt es sich um einen ebenfalls schon lange Zeit bekannten Baustoff, der zwar aufgrund seines eng begrenzten Anwendungsspektrums nur wenig verbreitet ist. Aufgrund seiner Ähnlichkeit zu aktuellen Baustoffen, den zeitweise fließfähigen, selbstverdichtenden Verfüllbaustoffen, gewinnt das Produkt jedoch an Bedeutung. Dies gilt umso mehr, als Prüf- und Kontrollmethoden aufgrund des ähnlichen rheologischen Verhaltens im frühen Zustand derzeit nur ansatzweise vorliegen. Die Kapitel 3 bis 5 umfassen neuartige Methoden der Bodenertüchtigung. Zu allen Verfahren liegen bereits Erfahrungen aus mehr als zwei Jahrzehnten vor. Diese Erfahrung beruht jedoch vorrangig auf exemplarischen Laborstudien. Zu nennen sind hier zunächst die Epoxidharze in Kapitel 3. Epoxide werden im Konstruktiven Ingenieurbau vermehrt eingesetzt. Auch in der Geotechnik finden sich neben Laboruntersuchungen bereits praktische Anwendungsfälle, die eine wirksame Ertüchtigung von Festgestein dokumentiert. Eigene Untersuchungen bestätigen die Wirksamkeit dieser Methode. Mit den Untersuchungen zu Boden-Gummi-Mischungen in Kapitel 4 werden Recyclingprodukte in die Ertüchtigungsmethoden mit einbezogen. Recyclinggummi steht in den unterschiedlichsten Formen zur Verfügung. Je nach Aufwand werden entweder komplette Reifen verbaut, zu Paketen verschnürt oder als Schreddergut in unterschiedlichen Siebfraktionen bis hin zu Pulver verbaut. Dementsprechend vielfältig ist auch das Anwendungsspektrum. Während insbesondere in den USA und einigen europäischen Ländern dieser „Baustoff“ bereits eine gewisse Akzeptanz besitzt, führen in Deutschland rechtliche und umwelttechnische Belange dazu, dass dieses Produkt derzeit nicht vermehrt eingesetzt wird. In dem letzten Kapitel 5 wird als Ertüchtigungsmethode die Verwendung von Enzymen vorgestellt. Die Untersuchungen belegen, dass dieses biologische Verfahren für bestimmte Anwendungen durchaus seine Berechtigung hat und auch konkurrenzfähig zu bestehenden Methoden auftreten kann.

Am 30.11.2017 veranstalteten das Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft und tectraa, Zentrum für innovative AbWassertechnologien an der Technischen Universität Kaiserslautern die Fachtagung „Kläranlagen in der Energiewende: Faulung optimieren & Flexibilität wagen“ als gemeinsame Abschlussveranstaltung der Forschungsprojekte arrivee und ZEBRAS. Das BMBF-Verbundprojekt „Abwasserreinigungsanlagen als Regelbaustein in intelligenten Verteilnetzen mit erneuerbarer Energieerzeugung – arrivee“ wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen der Fördermaßnahme ERWAS gefördert. Projektpartner waren neben dem FG Siedlungswasserwirtschaft die Wupperverbandsgesellschaft für integrale Wasserwirtschaft mbH (WiW), der Wupperverband, Becker Büttner Held (BBH), die Bergische Universität Wuppertal, die iGas energy GmbH, die Stadtwerke Radevormwald GmbH sowie die Transferstelle Bingen (TSB). Das Projekt „Zukunftsorientierte Einbindung der Faulung und Faulgasverwertung in die Verfahrenskette der Abwasserreinigung, Schlammbehandlung und -verwertung in Rheinland-Pfalz – ZEBRAS“ wurde im Auftrag des Ministeriums für Umwelt, Energie, Ernährung und Forsten Rheinland-Pfalz (MUEEF) von FG Siedlungswasserwirtschaft und tectraa gemeinsam mit der Universität Luxemburg und der Ingenieurgesellschaft Dr. Siekmann + Partner mbH bearbeitet.

Für den Bau von Wohn- und Gewerbegebäuden werden schon seit vielen Jahren Wandelemente aus haufwerksporigem Leichtbeton verwendet. DieWandelemente werden in Fertigteilwerken hergestellt und „just-in-time“ auf die Baustelle geliefert und aufgebaut. Die Wandelemente sind zum Teil massiv hergestellt (Wohnungsbau) oder aber mit einzelnen Dämmkernen versehen (gewerbliche Bauten). Als Zuschlagsstoffe kommen überwiegend Naturbims oder Blähton zum Einsatz. Durch einen, im Vergleich zu Normalbeton und gefügedichtem Leichtbeton, niedrigen Anteil an Zement, berühren sich die Zuschlagskörner nur punktuell. Dadurch entsteht die haufwerksporige Struktur. Durch diese Gefügestruktur und die Verwendung von porigen Leichtzuschlägen, erzielt haufwerksporiger Leichtbeton sehr gute bauphysikalische Eigenschaften, wie z. B. eine gute Wärmeleitfähigkeit. Den guten bauphysikalischen Eigenschaften stehen niedrige Festigkeiten gegenüber. Daher wird haufwerksporiger Leichtbeton als wärmedämmender Leichtbeton in der Regel nur für tragende Bauteile mit geringen Festigkeitsanforderungen eingesetzt. Gestiegene Anforderungen an den baulichen Wärmeschutz zwingen deutsche Hersteller von Wandelementen aus haufwerksporigem Leichtbeton immer wieder zu Neuentwicklungen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde die Verwendung von haufwerksporigem Leichtbeton in dreischichtigen Wandelementen (Sandwichelemente) untersucht. Die Wandelemente bestehen dabei aus einer innenliegenden Tragschale, einer außenliegenden Vorsatzschale und einer dazwischenliegenden Schicht aus Dämmstoff. Die beiden Betonschalen werden durch entsprechende Verbindungselemente verbunden. In dieser Arbeit wurden als Verbindungselement in der Bauindustrie gebräuchliche Gitterträger gewählt. In einer Vielzahl an Versuchen wurden unterschiedliche Erkenntnisse zum Tragverhalten der Wandelemente gewonnen. An Vier-Punkt-Biegeversuchen wurde das allgemeine Tragverhalten von bewehrten Platten untersucht. In Auszugversuchen wurde die Tragfähigkeit von einbetonierten Gitterträgern bestimmt. Die Bestimmung des Last- Verformungsverhaltens der Verbundfuge (Schicht aus Dämmung und Verbindungsmittel) erfolgte anhand von Scherversuchen. An großformatigen Wandstreifen wurden zudem Vier-Punkt-Biegeversuche durchgeführt. Diese Versuche wurden mit aus Literatur entnommenen Berechnungsformeln für die Schnitt- und Verformungsgrößen aus der Verbundtragwirkung nachgerechnet. Hierbei wurden sehr gute Übereinstimmungen erreicht. Der Einfluss der Gitterträger auf den Wärmedurchgangskoeffizienten (U-Wert) des Wandquerschnittes wurde anhand von FE-Berechnungen untersucht. Aus den erzielten Ergebnissen wurden Tabellen generiert, welche eine einfache Berechnung des Wärmedurchgangskoeffizienten unter Berücksichtigung der Gitterträger ermöglicht. Abschließend wird die Bemessung von dreischichtigenWandelemente aus haufwerksporigem Leichtbeton und Gitterträger als Verbindungselement der beiden Betonschalen nach DIN EN 1520 und den Erkenntnissen dieser Arbeit in einem Bemessungskonzept vorgestellt.

Betonfertigteile mit integriertem Dämmstoff aus Polystyrol bieten eine ausgezeichnete Lösung zur baulichen Ausführung von Außenwandbauteilen. Die Vorteile gegenüber der Ortbetonbauweise, wie bspw. die Erfüllung hoher Qualitätsansprüche aufgrund der Vorfertigung im Fertigteilwerk oder das Entfallen von Arbeitsschritten auf der Baustelle, ermöglichen einen wirtschaftlichen Bauprozess. Bei der Halbfertigteilbauweise werden nur die äußeren Betonschalen vorgefertigt. Anschließend werden die Wände auf die Baustelle transportiert und mit Ortbeton zum Endquerschnitt verfüllt. Dies erspart den zeit- und kostenintensiven Schalungsvorgang und verringert gleichzeitig das Transportgewicht. Der beim Ausbetonieren der Halbfertigteile auftretende Frischbetondruck muss von Verbindungsmitteln, die zur Kopplung der Betonschalen dienen, mit ausreichender Sicherheit aufgenommen werden. Der Frischbetondruck ist derzeit nach DIN 18218 „Frischbetondruck auf lotrechte Schalungen“ anzunehmen. Die Beeinflussung durch einen integrierten Dämmstoff oder weitere Parameter einer Elementwand bleibt bisher allerdings unberücksichtigt. In Abhängigkeit der Randbedingungen wird der Frischbetondruck stark überschätzt, was zu einem unwirtschaftlichen Bemessungsergebnis im Bauzustand führt. Ziel der vorliegenden Arbeit ist die realitätsnahe Beschreibung des Frischbetondrucks in Elementwänden mit integriertem Dämmstoff. Angesichts der Vielzahl an Einflussparametern werden die theoretischen und experimentellen Untersuchungen dieser Arbeit systematisch geplant und durchgeführt. In Voruntersuchungen werden bereits einflussschwache Einflussparameter ausgeschlossen und maßgebende Einflussparameter für weiterführende Untersuchungen bestimmt. Neben zahlreichen kleinmaßstäblichen Versuchsreihen, die größtenteils zur Analyse und Beschreibung von einzelnen geometrischen oder werkstoffspezifischen Eigenschaften dienen, werden auch großmaßstäbliche Elementwände untersucht. Diese verfolgen das Ziel, ein besseres Verständnis für die Entstehung des Frischbetondrucks unter Einbeziehung von bauausführungstechnischen Randbedingungen zu entwickeln. Auf Grundlage der theoretisch und experimentell gewonnenen Erkenntnisse dieser Arbeit wird ein realitätsnahes Berechnungsmodell zur Ermittlung des horizontalen Frischbetondrucks in Elementwänden mit integriertem Dämmstoff abgeleitet. Nach Validierung des Modells an Großversuchen und vereinfachenden Annahmen für einen praxisgerechten Einsatz kann der Frischbetondruck analog zur DIN 18218 mithilfe von einfachen Gleichungen, Tabellen und Diagrammen ermittelt werden. Die Anwendung und der wirtschaftliche Vorteil des Berechnungsmodells werden am Ende der Arbeit anhand von zwei Berechnungsbeispielen demonstriert. Neben der Beeinflussung des Frischbetondrucks wirkt sich die Umlagerung von Zementleim aus dem Frischbeton in den Dämmstoff auch auf die Eigenschaften des Ortbetons und des Dämmstoffs der Elementwand aus. Die Untersuchungsergebnisse zeigen, dass sich zwar die wärmedämmende Wirkung des Dämmstoffs verschlechtert, dies jedoch bei hohen Dämmstoffstärken zur Sicherstellung des Wärmeschutzes nach EnEV 2016 vernachlässigt werden kann. Die Druckfestigkeit des Ortbetons infolge des Zementleimentzugs wird durch die Verringerung des w/z-Werts und die nachbehandelnde Wirkung des feuchten Dämmstoffs positiv beeinflusst.

Im Stahlbetonbau werden die Eigenschaften von Beton und Bewehrungsstahl so vereint, dass ein Werkstoff entsteht, welcher wesentlich tragfähiger ist als die einzelnen Komponenten. In hoch bewehrten Konstruktionen kann es sinnvoll sein, große Bewehrungsstabdurchmesser (≥ 32mm) einzusetzen. Ein Bewehrungsstab Ø40mm (12,56cm²) kann im Vergleich der Querschnittsflächen die Kombinationen 2Ø28mm, 4Ø20mm, 8Ø14mm, 11Ø12mm, 16Ø10mm oder sogar 25Ø8mm ersetzen. Hierdurch können vielfältige Vorteile aber auch, insbesondere bei der Rissbreitenbeschränkung, Nachteile entstehen. In der vorliegenden Arbeit wurde das grundsätzliche Rissverhalten von großen Stabdurchmessern untersucht. In experimentellen Untersuchungen an insgesamt 60 Versuchen mit über 30.000 Rissbreitenmessungen wurde das Verhalten an Zugstäben sowie an Zugplatten mit und ohne Oberflächenbewehrung betrachtet. Es wurden verschiedene Einflüsse auf die Rissbreiten, unter anderem der Bewehrungsstabdurchmesser, die Betondruckfestigkeit sowie die Belastungsart berücksichtigt. Der Hauptteil dieser Arbeit beschäftigt sich mit der nach DIN EN 1992-1-1 2011 und DIN EN 1992-1-1/NA 2013 geforderten Oberflächenbewehrung sowie deren Reduzierung. Auf Grundlage der hohen Anzahl an Messwerten sind belastbare Ergebnisse möglich. Es wurden Bemessungsvorschläge ausgearbeitet, welche abschließend in zwei Modellen zur Rissbreitenberechnung einfließen. Bei Baumaßnahmen kommt es oft zu Auseinandersetzungen zwischen Bauherren und Planern, bei denen die zulässige Breite von Rissen in Stahlbetonbauteilen im Vordergrund steht. Die Rissgeometrie, der Rissbreitenverlauf von der Betonoberfläche zum Bewehrungsstab, wurde ebenfalls untersucht. Es wurden Risse unter Beanspruchung „eingefroren“ und die Rissbreite in der Betondeckung mit Hilfe eines optischen Messsystems erfasst. Mit Hilfe dieser Rissbreitenwerte wurde ein Ingenieurmodell aufgestellt, welches eine Umrechnung zwischen dem Rechenwert der Rissbreite und der Rissbreite an der Betonoberfläche erlaubt.

Beim Bauen im Bestand werden häufig neue Stahlbetonbauteile kraftschlüssig an bestehende Tragstrukturen angeschlossen. Dies wird bei Ortbetonbauteilen günstig mit dem Übergreifungsstoß realisiert. Bis Ende der 1950-er Jahre wurden im Stahlbetonbau überwiegend glatte Betonstähle verwendet, bevor sie mit einer Übergangszeit bis Ende der 1970-er Jahre von den heute eingesetzten gerippten Betonstählen abgelöst wurden. Im Gegensatz zu den seit 1925 genormten Übergreifungsstößen mit Betonstählen gleicher Art und Güte sind kombinierte Übergreifungsstöße von Glatt- und Rippenstählen jedoch bis heute nicht geregelt. Zur Beseitigung dieses Defizits wurden im Rahmen dieser Arbeit differenzierte Bewehrungsregeln hergeleitet, die wissenschaftlich abgesicherte und gleichzeitig wirtschaftliche Lösungen für kombinierte Übergreifungsstöße ermöglichen, denn unter Einbeziehung des Rückbaus bestehender Altbetonsubstanz verlangt eine ökonomische Bauweise für Übergreifungsstöße von freigelegten historischen Glattstählen mit aktuell verwendeten Rippenstählen nach Vollstößen mit kleinstmöglichen Übergreifungslängen. Dabei sind die Anforderungen nach heute gültigem Regelwerk an die Zuverlässigkeit gegen Versagen im Grenzzustand der Tragfähigkeit (GZT) und die Sicherstellung der vorgegebenen Nutzung durch Begrenzung der Rissbreiten im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit (GZG) zu beachten. Für verschiedene kombinierte Übergreifungsstöße von mit Endhaken versehenen glatten Betonstählen BStI und gerippten Betonstählen B500 mit geraden Stabenden oder Endhaken wurden die erforderlichen Übergreifungslängen anhand systematisch aufgebauter Versuchsreihen empirisch ermittelt. Dabei wurde ein grundlegendes Verständnis für die Tragwirkung kombinierter Übergreifungsstöße gewonnen und ein allgemeingültiges Lastübertragungsmodell erarbeitet. Zur Bemessung kombinierter Übergreifungsstöße wurde weiter ein Ingenieurmodell abgeleitet, welches die Tragwirkung derartiger Stöße zuverlässig beschreibt und die experimentell ermittelten Übergreifungslängen bestätigt. Dabei wurde unter Berücksichtigung der für den Verbund maßgebenden Betonzugfestigkeit, der Stahlspannungen und den Stabdurchmessern auf Basis statistischer Methoden ein Bemessungsdiagramm für die erforderliche Übergreifungslänge bestimmter Stoßkombinationen erarbeitet und eine ergänzende FE-Modellierung durchgeführt. Darauf aufbauend werden allgemeingültige Gleichungen zur Ermittlung der Bemessungswerte der Übergreifungslängen kombinierter Übergreifungsstöße mit Glattstahl BStI und Rippenstahl B500 angegeben und Konstruktionsregeln für in der Praxis regelmäßig vorkommende Kombinationen von Stabdurchmessern, Betongüten und Verbundbedingungen erarbeitet, die für Kombi-Stöße gleichwertig zu den Regeln des EC2 für den Neubaufall angewendet werden können.

Die Bewertung bestehender Bauteile unterscheidet sich grundsätzlich von der Bemessung neu zu erstellender Bauteile, da im Gegensatz zur Neubausituation bemessungsrelevante Parameter am Bestandstragwerk ermittelt werden können. Trotzdem müssen baustatische Nachweise in beiden Fällen auf Basis der aktuellen technischen Baubestimmungen geführt werden, deren Sicherheits- und Nachweiskonzept zur Erstellung von Neubauten konzipiert wurde und berücksichtigt, dass die tatsächlichen Bauteilkennwerte zum Zeitpunkt der Bemessung mit Unsicherheiten behaftet sind. Bestehende Tragwerke können und müssen in vielen Fällen die darin enthaltenen Anforderungen nicht erfüllen, da im Vergleich zur Neubausituation eine Vielzahl von Tragwerksinformationen vorliegen, die eine Absenkung der im Zuverlässigkeitskonzept enthaltenen Unsicherheitsfaktoren begründen. Aus diesem Grund wird innerhalb der vorliegenden Arbeit ein zur Bewertung bestehender Wasserbauwerke angepasstes, semiprobabilistisches Nachweiskonzept erarbeitet, das auf den wahrscheinlichkeitstheoretischen Festlegungen des Eurocode beruht. Im Vergleich zum aktuellen Nachweiskonzept zeichnet es sich durch die Berücksichtigung von im Rahmen einer qualifizierten Bestandsaufnahme am Tragwerk festgestellten Bauteilkennwerten und Einwirkungen sowie angepassten Zuverlässigkeitselementen aus. Innerhalb einer probabilistischen Querschnittsanalyse werden weiterhin die zur Zuverlässigkeitsbewertung bestehender Wasserbauwerke aus Beton maßgebenden Basisvariablen identifiziert und es wird nachgewiesen, dass auch die Zuverlässigkeitselemente des modifizierten Nachweiskonzeptes dem Format nach den wahrscheinlichkeitstheoretischen Festlegungen des Eurocodes entsprechen. Darüber hinaus wird gezeigt, dass die Konstruktionsweise zur Errichtung von unbewehrten Gewichtsstützwänden alter Schleusen zu einem Zuverlässigkeitsniveau führt, wie es aktuell auch innerhalb des Eurocodes gefordert wird.

Verkehrsverbünde in Deutschland haben heute eine hohe Relevanz für die Gestaltung des ÖPNV. Aktuell bestehen bundesweit 58 Verbünde, die ca. 70% des Bundesgebietes abde-cken. Die Bandbreite der Verbünde ist dabei groß und reicht vom Landkreisverbund bis hin zur Abdeckung ganzer Bundesländer. Durch die Heterogenität der Verbundlandschaft ist festzuhalten, dass es DEN Verbundprototyp nicht gibt. Das Erfolgsmodell „Verkehrsver-bund“ hat jedoch auch negative Aspekte. Verbünde sind keine Instrumente zur Defizitbeseitigung. Die regelmäßig auszugleichenden Defizite werden durch die verschiedenen Institutionen der öffentlichen Hand getragen. Obwohl den Verbünden aus dem evidenten Umstand einer Mangelverwaltung ein Effizienzauftrag praktisch mit in die Wiege gelegt wird, ist bisher in der Verbundpraxis kein einheitliches Instrument vorzufinden, das das Handeln der Verbünde systematisch erfasst, eine Bewertung ermöglicht und ggf. einen Vergleich mit anderen Verbünden vornimmt. Ziel der Arbeit ist es daher, ein Instrument zur Erfassung, Bewertung und zum Vergleich der Arbeit von Verkehrsverbundorganisationen aufzustellen. Dazu lassen sich verschiedene Forschungsfragen formulieren: 1. Welches sind die Ziele und Aufgaben von Verbünden? 2. Wie können Ziele und Aufgaben von Verbünden erfasst und bewertet werden? 3. Wie ist ein Instrument zur einheitlichen Erfassung und Bewertung der Arbeit von Ver-kehrsverbundorganisationen auszugestalten? 4. Wie können Verkehrsverbünde verglichen werden? 5. Ist eine Verbundbewertung und ein Verbundvergleich in der Praxis anwendbar? Hinsichtlich der Ziele und Aufgaben von Verbundorganisationen zeigen die Untersuchungsergebnisse, dass in der Praxis keine klare Verwendung der Begriffe Oberziele, Ziele und Aufgaben erfolgt. Oberziele liegen oft weit außerhalb des Wirkungsbereichs von Verkehrsverbünden und können somit nicht von diesen beeinflusst werden. Der Züricher Verkehrsverbund (ZVV) hat daher den Begriff der „lenkbaren Größe“ eingeführt, der auch im Rahmen dieser Arbeit Verwendung findet. Die weiteren Untersuchungen zeigen, dass sich eine Bewertung nicht nur auf betriebswirt-schaftliche Kennzahlen stützen kann, da der jeweilige Handlungsauftrag einer Verkehrsver-bundorganisation, entgegen dem eines Wirtschaftsunternehmens, nicht nur an marktwirt-schaftlich orientierten Erfolgs- und Effizienzkriterien ausgerichtet ist, sondern auch nicht gewinnorientierte Aufgaben der öffentlichen Hand wie z.B. die Daseinsvorsorge einschließt. In einem folgenden Arbeitsschritt werden die Erkenntnisse aus den Voruntersuchungen im Rahmen der Aufstellung eines speziellen Instruments zur Erfassung und Bewertung der Verbundarbeit zusammengeführt. Dazu werden vier Kernthemen und vier erweiterte Themen der Verbundarbeit definiert, denen dann einzelne Aufgaben zugeordnet werden. Zu diesen Aufgaben werden Indikatoren und Messgrößen bestimmt. Ein komplexes und anspruchsvolles Bewertungsinstrument benötigt eine systematische Einführung und Anwendung. Eine wesentliche Unterstützung ist dabei eine Institutionalisierung. Die Untersuchung der verschiedenen Möglichkeiten einer Institutionalisierung für das hier entwickelte Bewertungsinstrument lassen den Verband Deutscher Verkehrsunternehmen (VDV) als Branchenverband oder eine unabhängige, als Verein organisierte Institution in Frage kommen. Als erste Anwendungsstufe ist der entwickelte Bewertungsansatz als internes Controlling-Instrument einzusetzen. Damit kann eine Verkehrsverbundorganisation ihre internen Aufgaben und Prozesse erfassen und den Soll-Ist-Abgleich als Steuerungsinstrument für die Verbundarbeit verwenden. In einer zweiten Stufe ist über den einzelnen Verbund hinaus ein Benchmarking mit anderen Verbünden möglich. Hierbei sollte jedoch ein Vergleich innerhalb einer geeigneten (homogenen) Vergleichsgruppe stattfinden. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird eine Systematik zur Einteilung von Verkehrsver-bünden entwickelt, um so geeignete homogene Vergleichsgruppen bilden zu können. Dazu werden die vier Merkmale Fläche, Einwohnerzahl, Anzahl der Verkehrsunternehmen und Anzahl der Aufgabenträger sowie die Organisationsform der Verbünde für eine Einteilung herangezogen. So lassen sich alle Verbünde in eine von neun gebildeten Eigenschaftsgruppen einteilen. Für die vorliegende Untersuchung werden aus den stärksten Gruppen typische Vertreter für eine weitere Untersuchung auswählt. Nach einer Rückkopplung mit ausgewählten Verbünden zeigte sich, dass die grundsätzliche Systematik des Bewertungsinstruments von allen Verbünden bestätigt wurde. Hinsichtlich der Anwendung als Controlling-Instrument haben die großen Verbünde oft eigene Systematiken aufgebaut, die nur schwer einem neuen hier entwickelten Instrument angepasst werden können. Bei kleinen Verbünden sind i.d.R. keine internen Bewertungsinstrumente im Einsatz, so dass die Voraussetzungen für eine Anwendung hier eher gegeben sind. Aufgrund ihrer oft sehr geringen (personellen) Ressourcen sehen sie sich jedoch mit der Einführung und Anwendung überfordert. Daher kommt einer unterstützenden Institutionalisierung für den zukünftigen Einsatz eine große Bedeutung zu. Im Rahmen der Arbeit wurden dazu Ansätze untersucht und Lösungen aufgezeigt. An der zweiten Anwendungsstufe in Form eines Benchmarking haben alle befragten Verbünde großes Interesse. Die großen Verbünde sehen hier weniger einen vollumfänglichen Vergleich, sondern eher ausgewählte punktuelle Vergleiche zu speziellen Themen - auch vor dem Hintergrund, dass es nach Einschätzung der Verbünde keine richtigen Vergleichsgruppen in ihrer Größenklasse gibt. Die kleinen Verbünde haben sowohl Interesse an einem vergleichenden Einsatz als auch an der Methodik zur Bildung von (homogenen) Vergleichsgruppen. Insgesamt empfiehlt sich eine intensivere Auseinandersetzung der Verbünde mit der Anwendung eines Bewertungsinstruments, da die Grundlagen eines internen und eines externen Vergleichs dicht zusammen liegen - eine interne Verwendung stellt eine wesentliche Vorstufe für einen externen Vergleich dar. Auch hier kann eine Institutionalisierung diese anstehende Auseinandersetzung positiv unterstützen. Die Arbeit zeigt, dass für die unterschiedlichen Verbundtypen ein flexibles Bewertungs-instrumentarium, sowohl inhaltlich als auch hinsichtlich der Anwendung, benötigt wird. Die mit dieser Arbeit entwickelten Grundlagen und Instrumente zur Erfassung, Bewertung und Einteilung von Verkehrsverbünden können dies leisten und sollten eine weitere praktische Anwendung erfahren.

Holzleichtbaukonstruktionen weisen eine besondere Anfälligkeit für Perforationen der raumseitigen Schichten auf. Diese können bei Verwendung permeabler Dämmstoffe und einem regelkonformen, luftdurchlässigen Aufbau der nach außen anschließenden Schichten zu Leckageströmen führen. Die vorliegende Arbeit behandelt den konvektiven Feuchteeintrag durch Einzelleckagen im Gefach von Holzleichbaukonstruktionen infolge derartiger Leckageströme. Das Potential der Durchströmung von Leckagen wird durch die anliegende Druckdifferenz zwischen Innenraum und Umgebung bestimmt. Im ersten Teil der Arbeit werden daher die über 5 Heizperioden, an verschiedenen Gebäuden, in unterschiedlichen Regionen Deutschlands durchgeführten Differenzdruckuntersuchungen analysiert und bewertet. Es wird gezeigt, dass die Häufigkeiten der anliegenden Druckdifferenzen schiefsymmetrisch verteilt ist. Sowohl der Auftrieb als auch die Windanströmung beeinflussen die Druckdifferenz an der Gebäudehülle. Die Richtung der Windanströmung auf die Gebäudehülle, die regionale Lage, der Umbauungsgrad, die Luftdichtigkeit des Gesamtgebäudes und die Leckageverteilung in diesem sind zudem einflussnehmend. Im zweiten Teil wird das mittels eines patentierten Messsystems und -verfahrens untersuchte Durchströmungsverhalten von Einzelleckagen in Holzleichtbaukonstruktionen dargestellt. Die Analysen zeigen, dass der Volumenstrom und Ausflussfaktor durch raumseitige Schichten u. a. von der Form, Randbeschaffenheit und Größe der Leckage beeinflusst werden. Weiterhin wird nachgewiesen, dass die Eigenschaften der Perforation(en) in den von der Dämmung nach außen angeordneten Schichten eine untergeordnete Rolle spielen. Außerdem wird verdeutlicht, dass sich der Luftstrom nach der raumseitigen Leckage konisch im mineralischen Faserdämmstoff öffnet. Dieses Ausbreitungsverhalten, kann mittels dem kleinsten durchströmbaren Dämmstoffvolumen berechnet werden. Eine entscheidende Einflussgröße dafür ist die Permeabilität des Dämmstoffs unter realistischen Druckdifferenzen. Das entwickelte praxisnahe, analytische Berechnungsmodell zum konvektiven Feuchteeintrag stellt den abschließenden Teil der Arbeit dar. Der Volumenstrom durch eine Leckage im Gefach einer Holzleichtbaukonstruktion kann anhand dieses Modells mit einer durchschnittlichen Genauigkeit von ±12 % berechnet werden. Mittels eines quasi-stationären Berechnungsverfahrens wird anschließend die hygrische Hüllflächeninfiltration durch eine Einzelleckage, für eine Heizperiode, unter realistisch an einer Gebäudehüllfläche anliegenden Druckdifferenzen berechnet. Die Plausibilität der Ergebnisse wird an einem untersuchten Schadensfall nachgewiesen. Mit den Berechnungsergebnissen ist eine Bewertung des Schadenspotentials durch konvektiven Feuchteeintrag möglich.

In der vorliegenden Arbeit werden einige Probleme der dynamischen Boden- Bauwerk-Wechselwirkung behandelt. Der Schwerpunkt der Arbeit liegt in der Untersuchung des Einflusses einer mit der Tiefe zunehmenden Steifigkeit für den Boden. In dem ersten Teil der Arbeit werden elastische Bodenplatten unter vertikaler harmonischer Belastung untersucht. Die Platte wird mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode modelliert. Die Baugrundantwort wird mit Hilfe von Einflussfunktionen für vertikale Einzel- bzw. Flächenlasten erfasst. Im Kontaktbereich wird die Kompatibilität an den Mittelpunkten der Bodenelemente und den darüber liegenden Punkten der Platte hergestellt. Die Lösung für den homogenen Boden wird mit Ergebnissen aus der Literatur verglichen. Für den inhomogenen Boden wird die Antwort der Platte an verschiedenen Punkten über die Frequenz ermittelt und graphisch dargestellt. In einem weiteren Bearbeitungspunkt wird die dynamische Wechselwirkung zwischen mehreren starren Fundamenten auf der Baugrundoberfläche untersucht. Der Einfluss der Inhomogenität des Baugrundes wird in den Ergebnissen mit Hilfe von dimensionslosen Parametern erfasst. In dem zweiten Teil der Arbeit werden dynamische Steifigkeitsfunktionen, sogenannte Impedanzfunktionen, für Einzelfundamente unter Zuhilfenahme der Finite-Elemente-Methode im Zeitbereich ermittelt. Ziel ist es dabei, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem später auch nicht-lineare dynamische Probleme numerisch gelöst werden können. Mit dem vorgestellten Fensterverfahren wird aus der komplexen Antwort des Fundaments, berechnet mit der Finite-Elemente-Methode im Zeitbereich, die Lösung im Frequenzbereich für das in der Anregung enthaltene Frequenzspektrum bestimmt. Hierzu wird eine eindeutige Vorgehensweise vorgeschlagen, und die erforderlichen Angaben zur Wahl der Diskretisierungsfeinheit und des Zeitschrittes gemacht. Schließlich wird das Fensterverfahren für inhomogene Böden eingesetzt. Vorhandene halb-analytische Lösungen für starre Fundamente werden mit ausreichender Genauigkeit reproduziert.

Feine Feststoffe mit einer Korngröße zwischen > 45 µm und ≤ 63 µm (PM63) können als Maß für eine Belastung von Niederschlagsabflüssen dienen, da sie abhängig von der Herkunftsfläche überproportional mit Schadstoffen, wie z.B. Schwermetalle, belastet sein können. Neben den Aktivitäten auf der Herkunftsfläche (Staubniederschlag, Verkehr) beeinflussen jahreszeitliche Randbedingungen und bauliche Gegebenheiten das Feststoffaufkommen sowie den Feststofftransport in die Niederschlagsabflüsse maßgeblich. Das Ziel der Arbeit war, den Kenntnisstand bezüglich Herkunft, Verhalten und Verbleib, aber auch Zusammensetzung und Korngrößenverteilung von Feststoffen auf Verkehrs- und Dachflächen darzustellen. Anhand der Kenntnisse und der Auswertung von Ergebnissen aus Messkampagnen wurden Gleichungen für unterschiedliche Herkunftsflächen (Verkehrsflächen, Dachflächen, Mischflächen) entwickelt, mit denen das flächenspezifische jährliche Aufkommen abfiltrierbarer Stoffe (AFS) und feiner Feststoffe (PM63) in [kg/(ha∙a)] bzw. jeweils eine mittlere Jahreskonzentration in [mg/l] abgeschätzt werden können. Die Gleichungen wurden schließlich jeweils einer Sensitivitätsanalyse unterzogen und anhand von gut beschriebenen Messprogrammen zur Gesamtfeststoffkonzentration (AFS) verifiziert. Da es derzeit noch wenige Studien bezüglich des Aufkommens und -transportes feiner Feststoffe in Niederschlagsabflüssen gibt, blieben einige Fragestellungen offen. Sind in Zukunft weitere Studien über PM63-Anteile, -Aufkommen und -Transport verfügbar, lassen sich die hier zunächst vorgeschlagenen PM63-Anteile und -Faktoren problemlos anpassen.

Das in dieser Broschüre vorgestellte Wissensmodul 1 „Innovationsfähigkeit und -bereitschaft in Unternehmen der Bauwirtschaft fördern“ bildet den ersten Teil der zweiteiligen Broschürenreihe des Forschungsprojekts „Innovationen in der Bauwirtschaft – Von der Idee bis zum Markt“. Das Ziel beider Broschüren ist es, Unternehmen der Bauwirtschaft bei ihrem Weg von der Entwicklung bis hin zur Vermarktung von Innovationsideen durch praxisnah beschriebene Konzepte und Methoden zu unterstützen. Aufbauend auf einer Analyse der vorhandenen Strukturen und Vorgehensweisen bei der Entwicklung und Umsetzung von Innovationsideen der im Projekt beteiligten Partnerunternehmen, wurden hierfür zunächst bewährte Konzepte und Gestaltungsansätze des Innovationsmanagements ausgewählt. Diese wurden anschließend zusammen mit den Unternehmenspartnern auf ihre Anwendbarkeit und Eignung sowie ihren Nutzen für ein betriebliches Management von Innovationsprozessen in der bauwirtschaftlichen Praxis untersucht. In Wissensmodul 1 wird zunächst auf die grundlegenden Rahmenbedingungen eines erfolgreichen Innovationsmanagements eingegangen. So steht noch vor der eigentlichen Umsetzung eines konkreten Innovationsprojekts (Gegenstand von Wissensmodul 2) eine gute Idee („Invention“), deren Entstehung und Weiterentwicklung nicht dem Zufall überlassen werden sollte. Mitarbeiter, die in ihrem betrieblichen Erfahrungskontext – aber auch darüber hinaus – bewusst ihre Augen für Verbesserungen und neuartige Problemlösungen offen halten, leisten hierzu einen entscheidenden Beitrag. Dafür müssen sie wissen, wohin die Reise ihres Unternehmens gehen soll, das heißt, welche Vision und strategischen Ziele die Unternehmensentwicklung leiten und welchen Beitrag der einzelne Mitarbeiter dazu leisten kann. Wenn die entstandenen Ideen im Unternehmen dann „auf fruchtbaren Boden fallen“, also in einer offenen Kultur der Wertschätzung weiterentwickelt werden und nicht im betrieblichen Alltag „verloren gehen“, sind schon wichtige Rahmenbedingungen für eine erfolgreiche Umsetzung von Innovationsvorhaben geschaffen. Um dies sicherzustellen, ist auch ein professioneller Umgang mit entstandenen Ideen und dem im Unternehmen vorhandenen Problemlösungswissen entscheidend. Nur dann kann bestehendes Know-how im Innovationsprozess genutzt und die Auswahl erfolgversprechender Innovationsideen gefördert werden.

Durch den Einsatz von Hohlkörpern in Stahlbetondecken können Beton, Stahl und folglich Gewicht eingespart werden. Die Materialeinsparung reduziert den Primärenergiebedarf sowie die Treibhausgasemissionen bei der Herstellung. Hierdurch stellen Hohlkörperdecken im Vergleich zu konventionellen Massivdecken eine ressourcenschonendere Bauweise dar. Infolge der deutlich reduzierten Eigenlast und einem im Verhältnis geringeren Steifigkeitsabfall können zudem Decken mit großen Spannweiten realisiert werden. Die einzelnen Traganteile der Decken werden durch die Hohlkörper grundsätzlich nachteilig beeinflusst. Die Tragfähigkeit von Hohlkörperdecken mit abgeflachten rotationssymmetrischen Hohlkörpern wurde in der vorliegenden Dissertationsschrift im Detail analysiert. Auf Grundlage experimenteller und theoretischer Untersuchungen wurden Bemessungskonzepte für die Biegetragfähigkeit, die Querkrafttragfähigkeit, die Schubkraftübertragung in der Verbundfuge und das lokale Durchstanzen des Deckenspiegels oberhalb der Hohlkörper entwickelt. Unter Berücksichtigung der Bemessungskonzepte können die Hohlkörperdecken auf dem bauaufsichtlich geforderten Sicherheitsniveau hergestellt werden. Für die Querkrafttragfähigkeit von Stahlbetondecken ohne Querkraftbewehrung steht derzeit kein allgemein anerkanntes mechanisch begründetes Bemessungskonzept zur Verfügung. Der Einfluss der einzelnen Traganteile auf das Versagen wurde experimentell analysiert. Hierzu wurden Versuche mit verlagerter Druckzone sowie mit ausgeschalteter Rissuferverzahnung und mit ausgeschalteter Dübelwirkung durchgeführt. Der rechnerische Einfluss der einzelnen Traganteile an der Gesamttragfähigkeit konnte durch die Nachrechnung von Versuchen zu Hohlkörper- und Installationsdecken unter Verwendung eines bestehenden mechanisch begründeten Rechenmodells visualisiert und verifiziert werden. Hierdurch wird ein Beitrag zum besseren Verständnis der Querkrafttragfähigkeit geleistet.

Immer mehr Gebäude werden aus Gründen des Komforts, der Sicherheit und der Wirtschaftlichkeit mit fortschrittlicher Automationstechnik ausgestattet. Daher gewinnt Gebäudeautomation zunehmend an Bedeutung. Hierfür sind gebäudetechnische Anlagen in vielen Fällen über Busleitungen mit einem Leitrechner vernetzt und zentral erfasst. Sie werden mit Hilfe von Sensoren und Aktoren gesteuert. Um Bauwerke effektiv und effizient bewirtschaften zu können, werden zunehmend CAFM-Systeme als unverzichtbares Werkzeug des Facility Managers eingesetzt. Dabei werden heute die gleichen gebäudetechnischen Anlagen ein zweites Mal erfasst, um sie im Rahmen des Anlagen- und Wartungsmanagements verwalten zu können. Eine webbasierte, datenbankgekoppelte Steuerung dieser Anlagen direkt über ein CAFM-System ist derzeit nicht verfügbar. Themenbezogene Normen und Richtlinien geben keinen Aufschluss über konkrete Kopplungsmechanismen von Gebäudeautomation und CAFM zur Steuerung gebäudetechnischer Anlagen. Es fehlt an Netzwerkmodellen und Lösungskonzepten. Die vorliegende Arbeit setzt an dieser Problematik an. Sie prüft, in welcher Weise gebäudetechnische Einrichtungen hinsichtlich einer komfortablen und zentralen Steuerungsfunktion in CAFM-Systeme eingebunden werden können. Aspekte wie neuartige Vernetzungsvarianten, die Bereitstellung von Anlagendaten mit zugehörigen Import-funktionen sowie die Möglichkeit einer browsergestützten Bedienung stehen dabei im Fokus der Betrachtung. Der Leitgedanke dabei ist, vorhandene Technologien und Standards zu nutzen, um daraus neue Lösungen zu schaffen. Der vorgestellte Lösungsansatz analysiert, vergleicht und bewertet unterschiedliche Netzstrukturen, dessen Ergebnis als Entscheidungshilfe für die Modellentwicklung dient. Der "Plug and Play"-Gedanke wird durch die Verwendung der bereits standardisierten Netzwerktechnologie UPnP (Universal Plug and Play), realisiert, wofür es der Ausarbeitung und Definition neuer bereitzustellender Datenformate (XML) bedarf. Für die praktische Umsetzung wird eine eigene Datenbankstruktur (MS Access) zur Simulation eines CAFM-Systems entworfen und eine mit VB.NET programmierte Benutzeroberfläche erstellt. Der entwickelte Programmbaustein "FMControl" demonstriert das webbasierte Schnittstellen-konzept mit Importfunktion und Steuermechanismen. Die Ergebnisse dieser Arbeit schaffen die Basis für die Optimierung im Bereich der webbasierten und datenbankgekoppelten Gebäudeautomation. Durch die Implementierung der vorgestellten Funktionen des Programmbausteins "FMControl" können CAFM-Systeme zu leistungsstarken Steuerungsinstrumenten für Gebäude und deren Anlagen ausgebaut werden.

Ein werkstoffgerechter und wirtschaftlicher Einsatz von ultrahochfestem Beton (UHPC) erfordert hybride Konstruktionen mit minimierten Querschnitten. Hierfür bieten sich Verbundträger, bestehend aus Stahlprofilen geringer Blechdicke und Betongurten von wenigen Zentimetern Plattenstärke an, deren Einsatzgebiet im Hochbau als filigrane Fassadenplatten oder tragende Hohlwände mit integrierter Haustechnik liegen kann. Besonderes Augenmerk ist bei derartigen Verbundkonstruktionen auf die Ausbildung und die Leistungsfähigkeit der Verbundfuge zu legen. Aufgrund der reduzierten Betongurtdicke ist eine Anwendung von konventionellen Verbundmitteln nicht möglich. Daher wurde ein neuartiges Verbundmittel durch das Anordnen von rechteckförmigen Stahlzähnen an der Blechoberkante entwickelt, welche an ihrer Spitze um 90° verdreht werden. Die Trag- und Verformungsfähigkeit dieser sogenannten "Stahlschare" wurde in dem von der DFG geförderten Projekt Schn 771/5-1 im Zuge des DFG-Schwerpunktprogramms SPP 1182 untersucht und ist Gegenstand der vorliegenden Arbeit. Der Verdrehvorgang und die daraus resultierenden Dehnungen wurden mittels einer optischen Messung sowie FE-Simulation analysiert und zur weiteren Beurteilung der Längsschubtragfähigkeit herangezogen. Hierfür wurden 6 Push-out-Versuchsserien mit 38 Einzelversuchen mit verschiedenen Parametervariationen durchgeführt und ausgewertet. Zusammen mit den Ergebnissen von entsprechenden FE-Modellen und theoretischen Überlegungen wurde ein Bemessungskonzept für Längsschub entwickelt. Dieses beinhaltet die Versagensarten Längsaufreißen des Betongurts, Betonausbruch sowie Stahlversagen durch Abscheren der Schare. Die vorgeschlagenen Widerstandsmodelle wurden zudem einer statistischen Auswertung gemäß Eurocode 0 unterzogen. Abschließend wurde das Zugtragverhalten in Pull-out-Versuchen sowie das Verhalten in großmaßstäblichen Verbundträgern mit unterschiedlichen Verdübelungsgraden geprüft.

Ein werkstoffgerechter und wirtschaftlicher Einsatz von ultrahochfestem Beton (UHPC) erfordert hybride Konstruktionen mit minimierten Querschnitten. Hierfür bieten sich Verbundträger, bestehend aus Stahlprofilen geringer Blechdicke und Betongurten von wenigen Zentimetern Plattenstärke an, deren Einsatzgebiet im Hochbau als filigrane Fassadenplatten oder tragende Hohlwände mit integrierter Haustechnik liegen kann. Besonderes Augenmerk ist bei derartigen Verbundkonstruktionen auf die Ausbildung und die Leistungsfähigkeit der Verbundfuge zu legen. Aufgrund der reduzierten Betongurtdicke ist eine Anwendung von konventionellen Verbundmitteln nicht möglich. Daher wurde ein neuartiges Verbundmittel durch das Anordnen von rechteckförmigen Stahlzähnen an der Blechoberkante entwickelt, welche an ihrer Spitze um 90° verdreht werden. Die Trag- und Verformungsfähigkeit dieser sogenannten "Stahlschare" wurde in dem von der DFG geförderten Projekt Schn 771/5-1 im Zuge des DFG-Schwerpunktprogramms SPP 1182 untersucht und ist Gegenstand der vorliegenden Arbeit. Der Verdrehvorgang und die daraus resultierenden Dehnungen wurden mittels einer optischen Messung sowie FE-Simulation analysiert und zur weiteren Beurteilung der Längsschubtragfähigkeit herangezogen. Hierfür wurden 6 Push-out-Versuchsserien mit 38 Einzelversuchen mit verschiedenen Parametervariationen durchgeführt und ausgewertet. Zusammen mit den Ergebnissen von entsprechenden FE-Modellen und theoretischen Überlegungen wurde ein Bemessungskonzept für Längsschub entwickelt. Dieses beinhaltet die Versagensarten Längsaufreißen des Betongurts, Betonausbruch sowie Stahlversagen durch Abscheren der Schare. Die vorgeschlagenen Widerstandsmodelle wurden zudem einer statistischen Auswertung gemäß Eurocode 0 unterzogen. Abschließend wurde das Zugtragverhalten in Pull-out-Versuchen sowie das Verhalten in großmaßstäblichen Verbundträgern mit unterschiedlichen Verdübelungsgraden geprüft.

Für einen teilgesättigten Modellboden sind experimentelle Untersuchungen ausgeführt, die sowohl die Teilsättigung des Bodens während der Belastung als auch die zyklischen Einwirkungen unter drainierten Randbedingungen berücksichtigen. Die Teilsättigung ist durch eine Saugspannungsmessung mittels Miniaturtensiometer in einer zyklischen Triaxialzelle und einem statischen Ödometer erfasst. In zahlreichen Laboruntersuchungen konnte eine reproduzierbare Probenaufbereitung nachgewiesen werden. Insbesondere konnte gezeigt werden, dass im Probeninnern des Modellbodens gegenüber den Probenendflächen keine signifikant abweichenden Wassergehalte und somit konstante Anfangssaugspannungen vorliegen. Vor allem bei der Applikation von zyklischen Beanspruchungen zur Ermittlung und numerischen Beschreibung des Materialverhaltens ist dieser Umstand von Bedeutung. Die Messergebnisse sind anschließend zur Modifikation eines elastoplastischen Stoffmodellansatzes herangezogen. Mit den erzielten Untersuchungsergebnissen konnten die Parameterfunktionen eines elastoplastischen Stoffgesetzansatzes in Abhängigkeit von der Anfangsporenzahl, des Anfangssättigungsgrades sowie des Isotopen Spannungszustandes unter Berücksichtigung der Einflussgrößen aus der zyklischen Beanspruchung, dieses sind die axiale deviatorische Spannungsamplitude und die Lastzyklenzahl, für einen Frequenzbereich von 0,005 - 0,01 Hz über einen Separationsansatz aufgestellt werden. Die Kopplung der Teilsättigung erfolgt dabei über den Sättigungsgrad bzw. den Wassergehalt des Bodens anhand der porenzahlabhängigen Saugspannungscharakteristik (SWCC). Es konnte gezeigt werden, dass alle untersuchten teilgesättigten Böden in der zyklischen Lastphase durchgehend eine zyklisch-deviatorische Dehnungsverfestigung aufweisen. Ab einer Lastzyklenzahl größer 560 stagnieren die zyklisch bedingten Verformungen und es entsteht ein quasi-stationärer Verformungs- und Porendruckzustand. Dabei zeigen die sogenannten Wechselversuche eine signifikante höhere Verformungs- und Saugspannungsamplitude als die sogenannten Schwellversuche. Die aufgestellten Beziehungen gelten für einen Wertebereich der Anfangssättigungsgrade größer 82% und der Anfangsporenzahl zwischen 0,52 und 0,64.

Große Stegöffnungen werden in Stahlverbundträgern immer dann erforderlich, wenn in Trägerebene Leitungen quer zur Trägerachse geführt werden sollen. Die Attraktivität der Stahlverbundbauweise steigt mit der Möglichkeit, die Tragfähigkeit im Bereich großer Stegöffnungen rechnerisch nachweisen zu können. Bisher war es aber nicht möglich, eine Verstärkung des Betongurtes durch Einbau von Dübelleisten in einem Nachweiskonzept nutzbar zu machen. Bei Dübelleisten handelt es sich um Doppelkopfanker, die in einer Reihe meist auf ein Lochblech aufgeschweißt werden. Sie werden von mehreren Herstellern als Querkraft- und Durchstanzbewehrungselemente vertrieben. In der vorliegenden Arbeit wird der Einfluss von Dübelleisten auf das Querkrafttragverhalten des Stahlbetongurts von Verbundträgern im Bereich von großen Stegöffnungen untersucht. Dazu wurden 28 Versuche sowie rechnerische Untersuchungen durchgeführt. Dabei konnte in einzelnen Versuchen durch den Einsatz von Dübelleisten eine Traglaststeigerung von mehr als 50 % erzielt werden. Unter anderem wurde der Effekt der Querbiegung untersucht, bei dem durch die vertikale Belastung des Betongurts außerhalb der Verbundträgerachse ein negatives Biegemoment in Querrichtung entsteht. Es wurde ein Nachweiskonzept erarbeitet, mit dem die Querkrafttragfähigkeit eines Betongurts unter Berücksichtigung von im Betongurt angeordneten Dübelleisten wirklichkeitsnah bestimmt werden kann. Das erstellte Konzept ermöglicht es, bei der Bemessung von Verbundträgern, die durch Stegöffnungen geschwächt sind, durch einen geringen Mehreinsatz von Bewehrung in Form von Dübelleisten eine deutliche Traglaststeigerung zu erzielen. Der Einfluss von Querbiegemomenten wird durch eine konservative Abschätzung der Lasteinzugsfläche berücksichtigt.

Rd. 30 % bis 40 % des durchschnittlichen Trinkwasserverbrauchs in deutschen Haushalten entfällt auf die Toilettenspülung. Das dabei anfallende Abwasser, das sogenannte Schwarzwasser, enthält neben dem Spülwasser die Fäkalien Urin und Fäzes sowie Toilettenpapier. Es ist durch eine vergleichsweise hohe organische Verschmutzung sowie sehr hohe Gehalte an Nährstoffen gekennzeichnet. Aufbauend auf dem Grundgedanken, den häuslichen Schmutzwasserkreislauf zu schließen, um den Bedarf an hochwertigem Trinkwasser nachhaltig zu senken, wurde in der vorliegenden Arbeit die Anwendung des Belebungsverfahrens zur biologischen Behandlung von Toilettenabwasser erforscht. Um den mangelnden Kenntnisstand hinsichtlich der Schwarzwasserzusammensetzung zu verbessern, wurde zunächst die Quantität und chemisch-physikalische Qualität von Schwarzwasser an drei unterschiedlichen Versuchsstandorten mit unterschiedlicher Nutzung (Wohnen, Arbeitsplatz) eingehend untersucht. Hierdurch konnten eine Vielzahl neuer Erkenntnisse zur Charakteristik von Schwarzwasser gewonnen werden und spezifische Frachten für Parameter CSB, BSB5, TKN, Pges und AFS abgeleitet werden. Mit den erarbeiteten Kennwerten wird eine deutlich verbesserte und durch die umfangreichen Messungen abgesicherte Datengrundlage zur Abschätzung des Nutzungspotenzials von Schwarzwasser und zur Bemessung von Schwarzwasserbehandlungsanlagen möglich. Im Hinblick auf die Erforschung der Eliminationsmechanismen der im Schwarzwasser enthal-tenen Kohlenstoff-, Stickstoff- und Phosphorverbindungen unter Betriebsbedingungen wurden zwei Versuchsanlagen (SBR, MBR) an den drei Versuchsstandorten betrieben. Neben der biologischen Behandlung von Roh-Schwarzwasser und von mechanisch gereinigtem Schwarzwasser wurde die biologische Behandlung von Schwarzwasser bei Kreislaufführung untersucht. Es wurde festgestellt, dass Schwarzwasser nach biologischer Behandlung sehr hohe Gehalte an gelöst inertem CSB aufweist. Zudem wurde ein Zusammenhang zwischen der Schwarzwasserquelle und den erreichbaren Rest-CSB-Gehalten abgeleitet. Demnach ist der bei maximalem biologischem Reinigungseffekt erreichbare CSB-Gehalt für Schwarzwasser häuslicher Herkunft etwa doppelt so hoch wie bei Schwarzwasser gewerblicher Herkunft. Mit Hilfe von Sauerstoffzehrungsmessungen, die durch Substratzehrungsmessungen ergänzt wurden, wurden abschließend kinetische und stöchiometrische Parameter des heterotrophen und autotrophen Stoffwechsels sowie die CSB-Fraktionen von Schwarzwasser experimentell ermittelt. Die Versuche wurden unter Verwendung von mechanisch gereinigtem Schwarzwasser und SBR-Belebtschlamm durchgeführt, welcher zwei verschiedene Schlammalter aufwies. Hierdurch konnte der Einfluss der Betriebsparameter Schlammalter und Schlammbelastung auf den Stoffwechsel der jeweils gewachsenen Schwarzwasser-Belebtschlammbiozönose ermittelt werden. Bei der Fraktionierung der organischen Verbindungen konnte u.a. ein Zusammenhang zwischen den abbaubaren CSB-Fraktionen und dem Schlammalter abgeleitet werden. Die in den Praxisversuchen gewonnen Erkenntnisse hinsichtlich der Rest-CSB-Gehalte konnten damit bestätigt werden. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass bei der aeroben biologischen Behandlung von Schwarzwasser eine Entkopplung von Ammonium- und Nitritoxidation auftritt. Zur Bestimmung der kinetischen und stöchiometrischen Kenngrößen der Nitrifikation wurde zudem eine modifizierte Methode vorgestellt, die es erlaubt die momentane Nitritations- und Nitratationsrate in einem Versuch zu ermitteln. In stickstoffhaltigen Abwässern oder bei hohen Abwassertemperaturen liefert die Methode einen vertiefenden Einblick in die Prozesse der Nitrifikation und wird daher zur weiteren Umsetzung empfohlen.