Simulation soll für „prima Klima“ sorgen
Der Gotthard-Basistunnel wird mit 57 km Länge der längste Tunnel der Welt sein. Hohe Temperaturen im Berg, verbunden mit hoher Luftfeuchtigkeit, würden Passagiere und Material stark belasten. Das Ingenieurbüro HBI Haerter erarbeitet Grundlagen und Konzepte zu Tunnelaerodynamik, -klima, -sicherheit und -lüftung für das Tunnelsystem.
Die im Bau befindliche Nothaltestelle Gotthard-Basistunnel in Sedrun ist mit einer Abluftöffnung im Firstbereich zur Entnahme von warmer und feuchter Luft ausgestattet.
Foto: AlpTransit Gotthard AG
Die Schweiz vervollständigt derzeit mit der Neuen Eisenbahn-Alpentransversale (NEAT) eine schnelle und leistungsfähige Bahnverbindung zwischen Deutschland und Italien. Die Herzstücke der NEAT sind die Basistunnel an Lötschberg, Gotthard und Ceneri. Die neue Bahnverbindung führt mit geringen Steigungen und weiten Kurven durch die Alpen. Der Gotthard-Basistunnel wird mit einer Länge von 57 km bei seiner Eröffnung im Jahre 2016 der längste Verkehrstunnel der Welt sein. Der Durchschlag der Tunnelröhren erfolgte im Oktober 2010. Zurzeit wird die bahntechnische Ausrüstung eingebaut.
Hohe Temperatur und Luftfeuchtigkeit im Tunnel
Aufgrund der hohen Felstemperaturen von bis zu 45 °C und den intensiven Bauabläufen hat sich schon während des Baus ein anspruchsvolles Tunnelklima mit hoher Temperatur und hoher relativer Luftfeuchtigkeit im Tunnel eingestellt. Nur durch große Aufwendungen für Baulüftung und -kühlung können akzeptable Arbeitsbedingungen geschaffen werden.
Das große erwartete Verkehrsaufkommen und die Abwärme der Bahntechnik werden in der zukünftigen Betriebsphase des Basistunnels voraussichtlich zu noch einmal erhöhten Klimawerten führen. Hierbei sind klimatische Grenzen zum Schutz von Menschen – Passagiere in Reisezügen, Personal in Tunnel und Zügen – und von Material, Züge, Ausrüstung zur Zugleitung, Kommunikation, Energieversorgung etc., einzuhalten. Die Temperatur soll nicht über 40 Grad Celsius steigen und die relative Luftfeuchtigkeit soll über die wesentlichen Tunnelbereiche unterhalb von 70 % bleiben. Um ein Überschreiten der Klimagrenzwerte zu verhindern, müssen geeignete Klimatisierungsmaßnahmen vorgesehen werden.
Simulation des Tunnelklimas
Das Klima in langen Bahntunneln wird durch viele Faktoren beeinflusst. Einerseits wird Wärme durch die Verlustleistungen von Zügen und bahntechnischer Ausrüstung (Fahrstrom, Leittechnik, Kommunikation etc.) sowie den umliegenden Fels zugeführt. Andererseits erfolgt der Abtransport von Wärme aus dem Tunnel über den verkehrsbedingten Luftstrom, die Züge und in den umliegenden Fels. Dieser Wärmehaushalt wird zudem laufend durch die meteorologischen Verhältnisse an den Portalen und Verdunstungs- sowie Kondensationsvorgänge im Tunnel beeinflusst.
Viele gekoppelte Abläufe müssen in die Simulation des Tunnelklimas während des Betriebs des Gotthard- Basistunnels einfließen. Mit dem Simulationsprogramm Thermo der HBI Haerter AG, Heidenheim, lassen sich diese Klimaverhältnisse detailliert erfassen.
So wird beispielsweise für die Prognose des Tunnelklimas über fünf Jahre jede einzelne, in diesem Zeitraum auftretende Zugfahrt mit ihren aero-thermischen Auswirkungen mit Sekundenauflösung simuliert. Zur Qualitätssicherung wurden die Modelle anhand von Betriebsdaten des Lötschberg-Basistunnels und des Furka-Tunnels validiert.
Gemäß aktuellem Kenntnisstand sind Lufttemperaturen entlang der befahrenen Tunnel von weniger als 35 °C zu erwarten. Hierbei nehmen die Temperaturen in Zugfahrtrichtung zu. Die relative Luftfeuchtigkeit zeigt einen gegenläufigen Trend. Die höchsten Werte von ca. 70 % befinden sich im Bereich der Einfahrtsportale. Im Anschluss nimmt die Feuchte stetig ab.
Klimatisierungsmaßnahmen
Aufgrund der Unsicherheiten bei den Eingabegrößen der Prognose kann zurzeit ein Überschreiten der Klimagrenzwerte im Gotthard-Basistunnel nicht ausgeschlossen werden.
Im Zuge der Projektierung werden daher verschiedene Klimatisierungsmaßnahmen für den Gotthard geprüft. Als Grundlage dient den Klimaexperten stets die Betrachtung eines „Reasonable Worst Case“ bzgl. des Tunnelklimas (Vorhersage maximal möglicher Klimawerte).
Basierend auf diesen Untersuchungen wird im Basistunnel nach den Konzepten von HBI ein Lufttauscher eingebaut. Mittels der ohnehin vorgesehenen Betriebslüftung in den Multifunktionsstellen an den „Drittelspunkten“ entlang der Bahntunnel kann warme und feuchte Luft durch kalte und trockene Luft ersetzt werden, sodass die Klimawerte im Tunnel jederzeit innerhalb der Richtwerte gehalten werden können. ANDREAS BUSSLINGER
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