Schwingungsisolierende Turbinenlagerung, Neubau Wasserkraftwerk Papieri Areal, Cham
Beim Neubau des Wasserkraftwerks auf dem Papieri Areal in Cham, sorgt eine elastische Turbinenlagerung für schwingungsfreie Energiegewinnung und erfüllt die SIA 181 für störungsfreies Wohnen und Arbeiten.
Ausgangslage
Beim Objekt Papieri Areal in Cham wurde das bestehende Kraftwerk rückgebaut und durch einen Neubau ersetzt. Das Flusskraftwerk befindet sich am Fluss Lorze und dient der Stromgewinnung, als Bestandteil des Gesamtenergiekonzeptes des Papieri Areals, wo ein neues Wohn- und Arbeitsquartier mit industriellem Charme entstanden ist. Durch den Turbinenbetrieb entstehende Vibrationen würden ohne entsprechende Massnahmen als Schwingungen über das Erdreich ins Gebäude eingeleitet, wo diese als Erschütterungen störend wahrgenommen würden.
Aufgabenstellung
Damit der Aufenthalt in den neuen sowie umgebauten Wohn- und Büroräumlichkeiten nicht durch Vibrationen und Lärmemissionen gestört wird, war es nötig, die Turbine des Wasserkraftwerkes elastisch zu lagern. Ziel war es, die erhöhten Anforderungen der SIA 181 einhalten zu können.
Lösung
Die HBT-ISOL hat in der Vergangenheit zahlreiche verschiedene Wasserkraftwerke gelagert und sich dadurch einen fundierten Wissensstand angeeignet, auf den sie zurückgreifen kann.
In diesem Fall wurde, in Absprache mit den Planern und der Bauherrschaft, ausschliesslich geschlossenzelliges PUR-Material ISOLDYN® verwendet, da es eine effektive Dämmfunktion, selbst bei Kontakt mit Wasser, gewährleisten kann.
Vor Beginn der Arbeiten wird ein umfassendes Lagerungskonzept erarbeitet, welche Aspekte wie Dämmung, Abstimmfrequenz, Dichtigkeit, Arbeitsabfolgen, Montage, Unterhalt sowie Qualitätssicherung beinhaltet. In diesem Falle wurde auch eine komplette Modellierung des Körpers und der Dämmung durchgeführt um die Lagerung korrekt abzustimmen. Im Laufe des Baufortschrittes wurden nach jeder Etappe Abnahmemessungen durchgeführt.
Messungen
Nach dem Resultat der ersten Abnahme-Messung wurden weitere Messungen in festgelegten Betonieretappen festgelegt. Anhand der frühzeitigen Messungen, hätte bei Bedarf noch Einfluss auf die vertikale Körperschallentkopplung genommen werden können. Für die Schwingungsmessungen wurden die Messgeräte MR3000TR mit den Schwing-Geschwindigkeitssensoren MS2003+ von SYSCOM verwendet. Zudem wurde der Schallpegelmesser NTi Audio XL2 eingesetzt.
Die Schallmessung berücksichtigt Frequenzen zwischen
20 Hz und 20 kHz.
Es wurde sowohl auf dem Turbinenblock (MP 01), neben dem gelagerten Turbinenblock (MP 02), sowie in zwei Wohnungen (MP 03 und MP 04) die Schwingungen gemessen.
Fazit
- Technische Hürden waren vorhanden
- Der Betrieb der Turbine hätte spürbare Vibrationen in den Wohnungen im PM 1-4 oder in den Gewerberäumen rund um das Kraftwerk auslösen können
- In Zusammenarbeit mit vielen Spezialisten wurde ein Schallschutzkonzept mit einer kompletten Entkoppelung der Turbinenlagerung entwickelt
- Die Massnahmen wurden mit einem QS Prozess und Kontrollmessungen begleitet
- Schlussmessung zeigt: Vibrationen sind 20-fach unter der Wahrnehmungsgrenze des Menschen
Schlussmessung zeigt:
Vibrationen sind 20-fach unter der Wahrnehmungsgrenze des Menschen
Ergebnis
Die Zielvorgaben der elastischen Lagerung wurden erreicht: In den angrenzenden Wohnungen sind weder störende Erschütterungen wahrnehmbar noch tonale Schallanteile aus dem Turbinenbetrieb erkennbar. Die gemessenen Erschütterungen auf den Geschossdecken liegen im Betrieb bei maximal 0,005 mm/s und damit rund Faktor 20 unter der Wahrnehmungsschwelle von ca. 0,2 mm/s für normal empfindliche Personen.
Akustisch zeigen die A-bewerteten Pegel in der referenzierten Wohnung ein sehr niedriges, vom Wasserfluss dominiertes Grundgeräusch. Ein typisches tonhaltiges «Turbinensummen» ist weder hör- noch messbar: in den Wohnungsspektren treten keine dominanten engbandigen Linien auf.
Auch starke betriebliche Lastwechsel beeinflussten die Immissionen nicht negativ: Beim kurzzeitigen Hochfahren von 85 kW auf 240 kW wurden weder auf dem Fundament noch in den Wohnungen erhöhte Erschütterungs- oder Schallpegel festgestellt.
Die Systemkennwerte des elastisch gelagerten Turbinenfundaments bestätigen die Planung: Die tiefsten Eigenfrequenzen liegen bei 12 – 15 Hz, die Dämpfung beträgt 4 – 10 % der kritischen Dämpfung; das freie Ausschwingen ohne Anzeichen von starren Anschlüssen wurde nachgewiesen.
Die elastische Lagerung wurde wie geplant ausgeführt. Die Erschütterungen bleiben deutlich unterhalb der Wahrnehmungsschwelle und die in den Wohnungen gemessenen Geräusche werden primär durch den Wasserfluss bestimmt, nicht durch den Turbinenbetrieb. Damit sind die Anforderungen an Ruhe und Wohnkomfort im Umfeld des Wasserkraftwerks erfüllt.
Dienstleistungen der HBT-ISOL
Im Rahmen des Projekts wurden wir mit der fachlichen Unterstützung und Begleitung in verschiedenen technischen Bereichen betraut. Ziel war es, die Bauausführung sowohl planerisch als auch messtechnisch optimal zu unterstützen und die strukturellen Anforderungen in jeder Bauetappe sicherzustellen.
Bei diesem Projekt haben wir unsere Erfahrung folgendermassen eingebracht:
- Komplette Konzipierung und Umsetzungsplanung der Lagerung inklusive Materialdimensionierung
- Teilnahme an Planersitzungen
- Lieferung Material
- Verlegung der Lagerung
- Fachliche Begleitung bei schwingungstechnischen Messungen entsprechend festgelegten Betonier-Etappen
- Aufbau und Pflege des 3D-Modells gemäss den festgelegten Betonier-Etappen
- Eigenfrequenzanalysen in sechs Freiheitsgraden mit Anpassung an den Baufortschritt
- Qualitätssicherung