Univ.-Prof. Dr.-Ing. Ingo Weidlich

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Univ.-Prof. Dr.-Ing. Ingo Weidlich

HafenCity Universität
Infrastructural Engineering

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„Viele smarte Konzepte für das Errichten von Gebäuden sind heute verfügbar und werden immer weiterentwickelt, jedoch sollten wir auch beim unterirdischen Verlegen von Rohren als Basisversorgungssystem so intelligent wie möglich vorgehen“, davon ist Ingo Weidlich überzeugt und betont damit sogleich die bei Gebäuden oftmals nicht mitbedachte Infrastruktur. Eben jene steht im Mittelpunkt der ingenieurwissenschaftlichen Forschung von Professor Weidlich: Hier beschäftigt er sich nicht nur mit aktuellen Themen, die beispielsweise Probleme des Klimawandels betreffen, sondern er begleitet auch Fragestellungen, die insbesondere im Bereich Leitungsbau seit Jahren im Fokus stehen.

Verbesserte Instandhaltungsstrategien für Wärmenetze

An der HCU Hamburg forscht Ingo Weidlich zusammen mit seinem Team auf dem Arbeitsgebiet „Technisches Infrastrukturmanagement“ (Bauingenieurwesen) unter anderem in enger Kooperation mit Verbänden und Unternehmen. Gemeinsam untersuchen sie zum Beispiel Möglichkeiten, die Zustandsbewertung von Wärmenetzen zu präzisieren, um Energieinfrastrukturen optimal instand halten zu können. Aktuell bestehen große Unsicherheiten bei der Einschätzung der Nutzungsdauer von Fernwärmeleitungen. Jegliche Instandhaltungsstrategien für Wärmenetze sind davon betroffen. Professor Weidlich und sein Team verfolgen das Ziel, mithilfe der Forschungsergebnisse die Nutzungsdauer diverser Netze und deren Instandhaltung besser einschätzen wie planen zu können, wodurch Betreiber ihr wirtschaftliches Risiko in Zukunft minimieren werden.

Dämmstoffe zur Reduktion der Wärmeverluste

Technisches Infrastrukturmanagement berücksichtigt jedoch nicht nur Instandhaltung und Planung von Netzen, sondern beschäftigt sich auch mit den Materialien per se: So forscht Ingo Weidlich und sein Team an der Erhöhung des generellen Verständnisses der derzeit eingesetzten Dämmschäume, um deren Materialverhalten und das zeitabhängige Alterungsverhalten besser verstehen und mathematisch beschreiben zu können. Weiterhin ist das Themenfeld Identifizierung und Entwicklung von Ersatzstoffen für teils toxische Schäume im Bereich der Wärmedämmung eine wichtige Zielgröße der Forschungsaktivitäten. Um die innerhalb Deutschlands geltenden Effizienzziele zu erreichen, sind diese Schäume aufgrund ihrer thermischen und mechanischen Eigenschaften unerlässlich, weisen jedoch zugleich massive Nachteile auf: Nicht nur für die Umwelt sind Schäume aus Polymeren belastend, sondern auch für die Gesundheit der Menschen, die innerhalb der Produktionskette tätig sind. Um umweltgerecht und damit im Sinne einer zukunftsfähigen Kreislaufwirtschaft zu handeln, bedingt es neue Ansätze wie die von Professor Weidlich: Gemeinsam mit Partnern aus der Industrie ließen sich mit seiner Forschung Rohrsysteme mit neuen Dämmstoffen entwickeln, die die Branche zumindest in Sachen Recyclingfähigkeit revolutionieren.

Praxisorientierte wie innovative Forschung braucht Kooperationen

Professor Weidlichs Forschung umfasst nicht nur die Planung, Bewertung und Instandhaltung von Nah- und Fernwärmenetzen oder den Einsatz recyclingfähiger Materialen, sondern sie lotet vor allem die Möglichkeiten eines nachhaltigen Infrastrukturmanagements aus – und das stets holistisch. Seine wissenschaftlichen Veröffentlichungen und Aktivitäten als Buchautor für diverse Verlage sind Grundlage für eine Transparenz seiner Ergebnisse sowie weiterer Forschungsansätze. Professor Weidlichs Erkenntnisse fließen zudem im Rahmen von Konferenzen, Lehrveranstaltungen und Normungsgremien ein. Er selbst sieht sich vorrangig in der „praxisorientierten innovativen vernetzten Forschung“ und steht dementsprechend Kooperationsmöglichkeiten aller Art offen gegenüber.

Aktuelle
Forschungsprojekte /
Aktivitäten

FW-INSTANDHALTUNG: Entwicklung von neuen und verbesserten Instandhaltungsstrategien für kleine und große Wärmenetze durch Kombination statistischer Alterungsmodelle mit materialbasierten Nutzungsdauermodellen

Noch bis 2021 erforscht Professor Weidlich gemeinsam mit dem Fernwärmeverband AGFW und dem Ingenieurbüro 3s-consult im Rahmen dieses BMWi-Forschungsprojekts, wie sich Instandhaltungsstrategien für Wärmenetze besser präzisieren lassen. Derzeit existiert bspw. immer noch eine große Unsicherheit darüber, wie lange Wärmenetze genutzt werden können und daraus resultierend wie geeignete Instandhaltungsstrategien aussehen könnten. Auch der wirtschaftlich anzusetzende Wert für ein Wärmenetz hängt von diesen Informationen ab. Bei diesem Vorhaben werden statistische Daten durch thermische Alterungsmodelle und Schadensakkumulationstheorien mit Hilfe von Ansätzen der Künstlichen Intelligenz ergänzt. Ziel ist es, Instandhaltungsmaßnahmen effizienter planen zu können sowie wirtschaftliche Risiken für Netzbetreiber zu minimieren und damit die Infrastruktur der Wärmenetze langfristig und nachhaltig zu sichern.

ZUVERSICHT: „Zustandsbewertung von erdverlegter systemrelevanter Infrastruktur zur proaktiven Charakterisierung von Schäden und Gewinnung von technisch realen Entscheidungshilfen“

Um systemrelevante Infrastruktur wie Wasserleitungen oder andere Leitungsnetze zukünftig vor den Schäden von Erdbeben zu bewahren oder diese zumindest zu minimieren, erforscht Professor Weidlich innerhalb des vom BMBF geförderten Projekts ZUVERSICHT Methoden eines digitalen Präventionsmodells. Mithilfe dieses digitalen, webbasierten Modells soll das Ausmaß potenzieller Erdbebenschäden im Vorfeld abschätzbar werden: Durch die digital gewonnenen Erkenntnisse lassen sich nicht nur Präventivmaßnahmen entwickeln, sondern auch risikomindernde Faktoren untersuchen. Obendrein wird ein ressourcenschonender und nachhaltiger Bau wie Wiederaufbau durch die entwickelte digitale Methodik ermöglicht.

IEA-DHC EFFECTS OF LOADS ON ASSET MANAGEMENT OF THE 4TH GENERATION DH NETWORKS. (INTERNATION PROJECT)

Zukünftige mechanische und thermische Belastungen der Fernwärmenetze (FWN) sind mit der aktuellen Betriebsweise und der Implementierung der 4. Generation FWN verbunden. Um Wärmeverluste zu reduzieren, können die Temperaturniveaus des dabei entstehenden Vor- und Rücklaufs gesenkt werden. Deshalb sind flexible Konzepte für die Wärmeerzeugung, die Abwärmenutzung oder für geringe Exergie-Wärme sowie für die damit einhergehende Be- und Entladung der Speicher erforderlich. Zudem kann die Integration erneuerbarer Energiequellen mit höheren zyklischen und thermischen Belastungen der FWN-Netze verbunden sein, weshalb die genaue Bestimmung der Lebensdauer von Warmwassernetzen der 4. Generation eines der wichtigsten Ergebnisse des Projekts sind. Darüber hinaus werden sowohl Vorschläge für eine modifizierte Betrachtungsweise für die Alterung infolge erhöhter zyklisch mechanische und thermische Belastungen, als auch für eine geringere thermische Alterung gemacht. Außerdem werden die Auswirkungen zukünftiger Laständerungen in den Netzen auf die bestehenden Warmwassernetze der 3. Generation untersucht.

‚Fernwärmeleitungsbau 4.0 mit zeitweise fließfähigen selbstverdichtenden Verfüllbaustoffen (ZFSV) für niedrige und hohe Betriebstemperaturen‘

Unter der Leitung von Professor Weidlich arbeiten seit Oktober 2020 Wissenschaftler:innen der HCU Hamburg an der Entwicklung eines praxistauglichen Modells zur Berechnung zukunftsfähiger Wärmesysteme. Gemeinsam mit der AGFW, GEF Ingenieur AG und der Ostbayerischen Technischen Hochschule Regensburg gilt es in dem vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) geförderten Vorhaben, Langzeiteigenschaften von zeitweise fließfähigen, selbstverdichtenden Verfüllbaustoffen (ZFSV) für niedrige und hohe Betriebstemperaturen zu erforschen. Dabei sollen auch innovative Rohrleitungssysteme wie Doppel- und flexible Rohrleitungen mitberücksichtigt werden, um zugleich wirtschaftliche Aspekte zu erforschen. Mit den neu gewonnenen Erkenntnissen zu Verhalten und Belastungsgrenzen der Verfüllbaustoffe könnten die Kosten für den Rohrleitungsbau nachhaltig gesenkt werden. Zudem ließen sich durch das erworbene Wissen über das Langzeitverhalten des Materials innovative Leistungssysteme beim Fernwärmeausbau verwenden, wodurch erneuerbare Energiequellen verstärkt eingebunden werden könnten.

‚Urban Turn - Wandelung der urbanen leistungsgebundenen Wärmeversorgung‘

Damit Fernwärme aus Erneuerbaren Energien nachhaltig und möglichst effizient genutzt werden kann, gilt es, auch die Fernwärme-Leitungsinfrastruktur adäquat weiterzuentwickeln. Seit Februar 2021 forscht daher ein Konsortium aus den Bereichen Wissenschaft und Industrie sowie aus verschiedenen Planungsexpert:innen daran, Veränderungen hinsichtlich der urbanen leitungsgebundenen Wärmeversorgung voranzutreiben. In dem vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) finanzierten Projekt arbeiten die HafenCity Universität Hamburg (HCU), das Fraunhofer IEE, AGFW, BRUGG Pipes, Danfoss und GEF Ingenieur AG gemeinsam daran, Fernwärmenetze in urbanen Räumen für zukünftige Herausforderungen neu zu denken, damit diese optimal an beispielsweise schwankende Temperatur- oder Druckverhältnisse angepasst werden können. Ein weiterer Schwerpunkt des Vorhabens ist die Untersuchung verschiedener Potenziale, die die Digitalisierung in diesem Kontext eröffnet. So wären zum Beispiel intelligente automatisierte Steuerungen oder ein kontinuierliches Monitoring des Netzes Möglichkeiten, die der digitale Wandel in der Wärmeversorgung mit sich bringen könnte.

Zukunftsvision

Professor Weidlich strebt eine neue Generation des Fernwärmeleitungsbaus als EU-Projekt an. Ihm geht es um die Verringerung von Transportverlusten unter 90 Grad, um eine Weiterentwicklung von District Cooling (leistungsgebundene Kälteverteilung), um neue Materialien für Rohrleitung und Graben sowie um ein neues Lastprofil. Sein Ziel ist es, die kostenintensive Infrastruktur „Wärmenetze“ langfristig zu sichern und Instandhaltungsmaßnahmen effizienter planen zu können.

Schwerpunkte

  • Rohrleitungsbau
  • Boden-Rohr-Interaktion
  • Energiesysteme (Wärme/Wärmeverteilung)
  • Infrastruktursysteme (Wasser, Abwasser, Leitungsbau)

Kooperationen

Neben vielfältigen Forschungskooperationen die sich aus den Aktivitäten für die Antragerstellung und die Durchführung von Forschungsvorhaben ergeben, ist Professor Weidlich in verschiedenen Gremien für Umsetzung der Forschungsergebnisse in Standards und Regelwerken tätig. Zum Beispiel ist er aktives Mitglied im Deutschen Spiegelausschuss NA 041-01-12 AA Arbeitsausschuss Werksmäßig gedämmte Mantelrohre für Fernwärme (SpA CEN/TC 107) und in der Working Group 13 des CEN TC107.

An der HCU Hamburg vertritt Professor Weidlich die Energieforschung der HCU als Energieforschungsbeauftragter im Energieforschungsverbund. Als Liaison-Professor setzt er sich für den Ausbau der Kooperationen im Baltikum, insbesondere für die Städte Riga Tallinn und Vilnius en.

Interessiert an

  • Numerische Untersuchungen (Finite-Elemente-Methoden)
  • Netzanalysen
  • Stadtplanung
  • Energieversorgung

Professor Weidlich arbeitet vorwiegend praxisorientiert und ist stets daran interessiert, sein Netzwerk aus internationalen Partnerschaften im Kontext Technisches Infrastrukturmanagement auszuweiten. Dabei erfordert es sein facettenreiches Forschungsumfeld, dass er sich auch gerne zu tangierenden Disziplinen wie Materialwissenschaften, Maschinenbau oder Analysemethoden austauscht. Mit diesem Hintergrund gelingt es Professor Weidlich seine Forschungsergebnisse gemeinsam mit seinen Partnern erfolgreich und nachhaltig in die Realität umzusetzen.

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