Das Problem ... Das Hochwasser. Viele Häuser wurden beim letztjährigen Hochwasser komple zerstört; die Versicherungsschäden, die 2013 hier in Deutschland aufgetreten sind, lagen bei etwa 1.8 Mrd. Euro; für die kommenden Jahre werden wegen des Klimawandels noch mehr Schäden werden. Hochwasser entsteht durch starken Regen oder Schneeschmelze. Die Regenfälle müssen allerdings so stark sein, dass es mehr Wasser regnet, als versickern kann. Wenn ein Fluss in unmi elbarer Nähe liegt, so steigt dieser an und überschwemmt zusätzlich das naheliegende Gebiet. Mögliche Sachschäden, die bei Hochwasser entstehen können, sind z.B. Schäden am Bauwerk der Häuser oder Erosionen im Boden der überschwemmten Landscha5. Es gibt viele Wege, wie Wasser in ein Haus eindringen kann: 1. undichter Keller 2. Installa8onsanschlüsse (wie z.B. Stromkabel) 3. Kellerschächte 4. undichte Wände 5. Tür- und Fensteröffnungen Die Folgen. „Aufschwimmen“ von Gebäuden Die kri8sche Höhe nimmt ab mit • abnehmender Anzahl Geschosse • Berücksich8gung eines Kellergeschosses • größerem Grundriss Das „Standardhaus“ Es ist definiert als 1½-geschossiges unterkellertes Gebäude in massiver Bauweise, doppelter Außenschale und einem Grundriss 10 m x 10 m. Das „Standardhaus wiegt 366 t (ohne Einrichtung und Installa8onen) und schwimmt bei einem Hochwasserstand größer als 3,66 m über Unterkante Keller-Bodenpla e auf; dies entspricht ca. 1,2 m über Bodenniveau (Unterkannte Kellerdecke). Wasserhöhe Schaden Beschreibung Gebäudesanierung KG+EG - Trockenlegung Decken und Wände unterhalb - Ersatz von Böden, Tapeten, Gardinen Oberkannte alle Schäden - Austausch der Heizungsanlage Kellerdecke - Erneuerung Elektroinstalla8on Keller - Austausch der Kellertüren Gebäudesanierung EG Sanierung - Trockenlegung der Wände - Erneuerung des Innenputzes Sitzgarnitur, Be gestell Möbel Wohnzimmer- und Kleiderschrank ca. 1,5m über Garderobe und Badmöbel Bodenniveau Küche Einbauküche einschl. 4 Elektrogeräte Innentüren 6 Zimmertüren Haustür 1 Haustür Fenster 10 Fenster Installa8on feste Elektroanlagen und 6 Heizkörper Summen Minimum Maximum € € 28.000 Diese Zusammenhänge sind in der Abbildung rechts dargestellt, die die kri8sche Höhe in Abhängigkeit von den Geschossen und dem Grundriss wiedergibt. Besonders bei unterkellerten Häusern mit wenigen Geschossen muss geprü5 werden, ob und in welcher Höhe eine Hochwasserschutz-Maßnahme, wie die „AquaPlane“, sinnvoll ist. Schadenshöhe Bei einem Hochwasser von ca. 1,5 m über Bodenniveau entsteht beim Standardhaus ein geschätzter Schaden in Höhe von 49.000 bis 58.000 EUR. 28.000 7.000 7.000 0 2.000 1.000 6.000 3.000 0 0 2.000 2.000 2.000 1.000 6.000 3.000 2.000 5.000 2.000 49.000 58.000 Empfehlungen für Gebäude in hochwassergefährdeten Gebieten Unsere Empfehlungen, wie ein Haus in einem hochwassergefährdeten Gebiet gebaut sein soll, damit es nicht aufschwimmt und einem höheren Wasserdruck standhält: 1.Das Haus sollte möglichst keinen Keller haben. 2.Es ist sinnvoll, wenn das Haus eine möglichst kleine Grundfläche hat und dafür mehr in die Höhe gebaut wird. 3.Das Haus sollte aus Stein und nicht aus Holz bestehen, da Holz zu leicht ist. 4.Große Fensterflächen sowie Türen und Fenster mit doppelten Flügeln sind zu vermeiden. Der Weg ... Die Alternativen. Die erste Idee Bei uns in Rheda-Wiedenbrück wurden Hochwasserschutzmauern errichtet, die viele Bewohner nicht schön finden. Deshalb wollten wir einen anderen Schutz erfinden, der die Bewohner nicht stört, aber bei Hochwasser zuverlässig wie eine Mauer schützt. Wir haben uns gedacht, dass es sinnvoll ist, wenn die Konstruk8on erst bei ansteigendem Grundwasser aufsteigt. Wir wollten ferner, dass das System ohne menschliche und technische Hilfe auskommt Die erste Idee der „AquaPlane“ bestand aus einer Folie, die unter den Keller des hochwassergefährdeten Hauses ausgelegt wird. Lösungsalterna7ve 1 Bei der ersten Lösung wird die Konstruk8on mehrere Meter vom Haus enQernt erbaut. Oben an der Folie ist ein starrer Ring befes8gt, der dem Wasserdruck standhält. Die Folie unter dem Ring wird in der Ruheposi8on so zusammengefaltet, dass sie möglichst wenig Platz einnimmt. Wenn das Grundwasser ansteigt, zieht der Ring die Folie mit nach oben. Der Wasserdruck, der auf die Konstruk8on drückt, ist so stark, dass die Folie zum Haus hin stark gewölbt wird. Lösungsalterna7ve 2 Bei der verbesserten zweiten Lösung kann die Konstruk8on deutlich näher am Haus angebracht werden. Neben dem großen starren Ring gibt es noch weitere stabile Ringe, die in regelmäßigen Abständen an der Folie befes8gt sind. So wird die Folie stabilisiert und verhindert, dass sie sich zum Gebäude hin wölbt. Lösungsalterna7ve 3 Die dri e Lösungsidee besteht darin, den mit Lu5 gefüllten Ring und die Folie direkt an der Hauswand zu platzieren. Auch hier wird der Ring bei Hochwasser nach oben getrieben und zieht die Folie mit sich. Allerdings wird die Folie bei Hochwasser durch den hohen Wasserdruck gegen die Wand gepresst. Dabei wird sie auch noch von dem Ring nach oben gezogen. Das könnte die Folie beschädigen, sodass sie undicht wird. Lösungsalterna7ve 4 Beim gegenüber Lösungsalterna8ve 3 op8mierten vierten Konzept wird die Folie um den mit Lu5 gefüllten Ring gewickelt. Oben an der Folie wird ein mit Lu5 gefüllter Ring befes8gt, welcher bei ansteigendem Grundwasser nach oben treibt. Bei Hochwasser wird sie dann automa8sch von dem Ring gegen die Hauswand abgewickelt. So entsteht keine Reibung zwischen Folie und Wand, die Folie wird beim Aufziehen nicht durch die Wand beschädigt. Wenn der Ring nach oben treibt, zieht er die am Ring befes8gte Folie nach oben. Die Anforderungen. Lösungsauswahl Auswahl der besten Lösungsalterna8ve mithilfe der Anforderungen. Lösung Relevanz 1 Anforderung Lösung 2 Lösung 3 Lösung 4 Kosten (güns8ger als Schaden) alltagstauglich zuverlässiger und sicherer Schutz geringe Wartung/Reinigung keine Kompromisse beim Bau H S S M S V W W T W T T V T V V V W V W V V V V T beständig gegen Umwelt/Tiere/ Wi erung H W T V V ausreichende Schutzhöhe H W V V V erfordert kein Strom oder menschliche Kra5 M V V V V hohe Lebensdauer H T V V T mehrmals verwendbar M V V W T S = Sehr hohe Bedeutung H = Hohe Bedeutung M = Mi lere Bedeutung V = entspricht voll der Anforderung T = entspricht der Anforderung teilweise W = entspricht der Anforderung wenig Anforderungen an ein Hochwasser-Schutzsystem Damit sich die Konstruk8on lohnt, muss sie deutlich güns8ger als ein Schadenfall sein. Unsere Konstruk8on darf die Besitzer im Alltag nicht stören und muss das Haus zuverlässig und sicher schützen. Außerdem muss die Konstruk8on so gebaut sein, dass sie nur sehr selten gewartet und gereinigt werden muss. Der Besitzer des Hauses soll keine Kompromisse beim Hausbau eingehen müssen. Die Plane muss unterschiedlichen Umwelteinflüssen standhalten, z.B. Tieren oder starken We erbedingungen. Damit die Konstruk8on im ErnsQall auch funk8oniert, muss die Folie so lang sein, dass ausreichend Schutz-Höhe vorhanden ist. Außerdem ist es hilfreich, wenn weder Strom noch menschliche Krä5e erforderlich sind, da Strom ausfallen kann und die Bewohner des Hauses abwesend sein könnten. Die Konstruk8on sollte mehrmals verwendbar sein und eine hohe Lebensdauer haben. Die Lösung ... Die Realisierung. Draufsicht Die Skizze zeigt die Sicht auf die „AquaPlane“ von oben. Schni:zeichnung Die Skizze zeigt einen Au5riebskörper, in den die Folie, aufgewickelt mit einem möglichst geringen Durchmesser, in direkter Nähe zur Hauswand eingelegt wird. Der Au5riebskörper ist auf der dem Gebäude abgewandten Seite angeschni en, um ein „Abwerfen“ der Abdeckung zu ermöglichen. Ferner bewirkt diese Form einen stärkeren Au5rieb im Bereich der Hauswand, was zur Stabilisierung des Systems und zur op8mierten Überwindung von Hindernissen z. B. Fensterbänken beitragen soll. Das System ist in einem Schacht abgelegt, der, um ein Absenken oder Setzen zu verhindern, in einem Fundament liegt, und durch ein leichtes aber tri`estes Kunststoff-Gi er gegen äußere Einflüsse geschützt. Die als Module gedachten Au5riebskörper werden lose über den Wickel und eine flexible Verbindung zusammengehalten; damit können sie flexibel auf Vorsprünge reagieren oder in Nischen eindringen. Die Ergebnisse. Berechnung des AuDriebs Das Eigengewicht der „AquaPlane“ für das „Standardhaus“ liegt bei ca. 600 kg. Die Wasserverdrängung durch die Au5riebsmodule beträgt ca. 3 m³. Hierbei sind sie zu ca. 25 cm (von ca. 35 cm) eingetaucht, d.h. der Folienwickel befindet sich noch knapp oberhalb der Wasserlinie. Es steht also der 5-fache Au5rieb zur Verfügung, nach EnQernen der Abdeckung sogar der 7-fache Wert. Fazit der Bewertung Die „AquaPlane“ erfüllt viele der vorab zusammengetragenen Anforderungen. Die Kosten liegen deutlich unterhalb der Häl5e eines einmaligen Schadens, der mit der „AquaPlane“ zu verhindern wäre. Einschränkungen der posi8ven Bewertung werden in den offenen Fragen und in den noch ausstehenden Nachweisen gesehen. Anforderung Volumen Dichte (max.) Masse Bauteil Material Anzahl m³ kg/m³ aus kg Au5riebsmodule (Rohmaß 35 x 45 cm²) XPS 378 4,08 33 [22] 135 PVC-Pla en (d = 1,5 mm) PVC-U (Hart-PVC) 378 0,06 1400 [9] 79 10 mm - Distanzscheiben PVC-U (Hart-PVC) 378 0,0048 1400 [9] 7 Flex-Rohr (da = 25 mm, di = 19 mm) PVC 2 0,004 1380 [7] 5 Eck-Rohr (da = 16 mm, di = 10 mm) Edelstahl (V2A) 4 0,0005 7800 [7] 4 Folie (1,5 mm, ohne festen Anteil) PVC-P (Weich-PVC) 1 0,15 1350 [9] 203 Abdeckgi er (h = 5 cm) PP 42 0,18 915 [10] 167 Summe 4,48 600 alltagstauglich Berechnung der Kosten Die Gesamtkosten der Anlage für das „Standardhaus“ betragen knapp 20.000 €. beständig gegen Umwelt/Tiere/ Wi erung gute Schutz-Höhe Preis/ Arbeits- Materialpreis Preis Stück Menge Einheit Quelle Einheit Gruppe Bauteil/Schri: € € € Folie 4 120 m² A 10 80 1.200 Au5riebskörper 4 5,6 m³ S 180 756 1.008 Schacht gerade 40 40 Stück S 30 400 1.200 Schacht eckig 4 4 Stück S 60 40 240 PVC-Pla en 400 40 m² S 20 756 800 Material Distanzscheiben 400 400 Stück S 1 0 400 Flex-Rohr 80 80 m S 1 0 40 Eck-Rohr 4 4m S 10 20 40 Abdeckung (Gi er) 42 42 Stück S 40 0 1.680 Kleber 5 5 Stück S 150 0 750 Aushub ca. 50m³ mit Bagger 22 h T 65 1.400 0 Fundament säubern 8h S 48 384 0 Folie anlegen, Rohre einziehen 8h S 65 520 0 Folie schweißen 2h S 65 130 0 Folie verkleben 8h S 65 520 0 Arbeit mit Bagger anfüllen, verdichten 11 h T 73 801 0 Fundament und Schacht setzen 32 h T 66 2.148 768 anfüllen, verdichten, abfahren 22 h T 96 1.500 480 Au5riebskörper installieren 8h S 65 520 0 Folie wickeln und einlegen 16 h S 65 1.040 0 Schacht abdecken 3h S 48 192 0 Summen 11.207 8.606 A = Angebot S = eigene Schätzung T = Abschätzung Tie]au-Unternehmer Relevanz Erfüllung Begründung Hoch Voll Sehr hoch Voll ? geringe Wartung/ Reinigung Mi el Voll keine Kompromisse beim Bau Hoch Voll Hoch Voll Mi el Voll Hoch Voll Sehr hoch Voll Niedrig Voll ? zuverlässig und sicher erfordert kein Strom oder menschliche Kra5 hohe Lebensdauer mehrmals verwendbar es werden nur geringe Einschränkungen gesehen, da - in direkter Hausnähe (ggf. anstelle der üblichen Kiestraufe) - vergleichsweise geringer Platzbedarf System erscheint geeignet (Nachweis steht noch aus) wartungsarm, da mi lere Komplexität (keine ak8ven Teile) geringer Reinigungsbedarf erwartet, da - gut geschützt - in unmi elbarer Hausnähe (trockene Umgebung) für gelegentliche Reinigung gut zugänglich es werden nur geringe Einschränkungen gesehen; z.B. - keine Nebengebäude direkt am Haus (oder einbeziehen) - keine Dachrinnen-Fallrohre auf Außenwand - ggf. eingeschränkte Möglichkeiten bei Hauseingängen keine Einschränkungen bei Grundriß (Art und Anzahl Ecken) es wird eine hohe Beständigkeit gesehen, da - Bauteile und Materialen entsprechend ausgewählt - gut geschützt in direkter Hausnähe Schutzhöhe von ca. 1,5 m über Bodenniveau erwartet voll erfüllt, da reines Au5riebsprinzip durch enormen Au5rieb ausreichend Reserven, um - Reibungskrä5e an Folienwickel, Folie und Ecken - Kanten und Vorsprünge sicher zu überwinden es wird eine hohe Lebensdauer gesehen, da - Bauteile und Materialen entsprechend ausgewählt - geschützt in unmi elbarer Hausnähe (trockene Umgebung) - keine direkte Sonne (UV) und hohe Temperaturen keine Beschädigung erwartet (Nachweis steht noch aus) Ideen für Weiterentwicklungen Die Idee der „AquaPlane“ ist nicht auf Gebäude beschränkt sondern bietet Möglichkeiten zum Schutz vieler weiterer „Objekte“ vor Hochwasser: 1. Schutz für unbewegliche Objekte • Öl- und Flüssiggastanks • Elektrische Anlagen (Trafo- und Verteilsta8onen) • Verkehrs- und Bahnanlagen • Maschinen und andere industrielle Anlagen 2. Schutz für mobile Objekte • bei Bedarf als tragbare „Kofferlösung“ für ortsveränderlichen Einsatz • mit Lu5ringen, die durch Fahrzeug-Reifendruck gefüllt werden könnten • bei leeren Lu5ringen können Fahrzeuge in das System gefahren werden • mit Möglichkeiten zur Verankerung/Verzurrung
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