Bundesanstalt für Straßenwesen

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Wirksamkeit von Tunnelwänden als Träger photokatalytischer Oberflächen – Hauptstudie

BASt-Bericht V 360

Dietmar Aloys Stephan, Clemens Ehm, Sameena Kamaruddin, Institut für Bauingenieurwesen, Fachgebiet Baustoffe und Bauchemie, Technische Universität Berlin
94 Seiten
Erscheinungsjahr: 2022
Projektnummer: 6317018
Preis: 0,00 €

Dieser Bericht steht ausschließlich kostenfrei im elektronischen BASt-Archiv ELBA zur Verfügung.

Das Ziel dieses Projekts war die Konzeptionierung und der Bau abgeschlossener photokatalytischer Reaktoren (Tunnelkassetten), mit denen die Stickoxidbelastung im Tunnel „Rudower Höhe“ in Berlin in einem relevanten Maß von 15 % reduziert werden kann. Grundsätzlich teilte sich das Projekt in zwei Phasen auf, wobei in der Phase 1 ein geschlossenes System mit geeignetem Photokatalysator und Leuchtmittel entwickelt werden sollte. Im Rahmen des Projekts stellte sich heraus, dass sich für diese Fragestellung eine Tunnelkassette mit den Abmessungen 1,5 x 3 x 4 m³ sowie drei Lüftern mit einem Volumenstrom von je 1.500 m³/h geeignet zeigte. Zum photokatalytischen Abbau der Stickoxide dienen 13 mit einem Zement-Photoment-Gemisch beschichtete Schaumstoffmatten. Als Leuchtmittel eignen sich die Leuchtstoffröhren Philips Cleo Performance 80. Anhand von Simulationen zeigte sich, dass für eine Stickoxidreduktion von 15 % jeweils 50 Tunnelkassetten auf beiden Seiten am Ende des Tunnels installiert werden sollten.

Die Umsetzung dieser Ergebnisse war in Phase 2 des Projekts geplant. Aufgrund des Ausfalls eines Unterauftragnehmers, der für die Herstellung, den Einbau und den Betrieb der Tunnelkassetten verantwortlich war, konnte diese Phase jedoch lediglich in Ansätzen verwirklicht werden. So stellte die TU Berlin eigenständig eine Demonstrator-Tunnelkassette her, an der die Funktionalität durch einen längeren Testbetrieb nachgewiesen werden konnte. Bezüglich des Photokatalysators ergab sich jedoch die Problematik, dass diese infolge der Alterung geringere Abbauraten erreicht.

Als Grundlage für die Konzeption der Tunnelkassetten wurden zudem umfangreiche Messungen am Tunnel „Rudower Höhe“ vorgenommen. Labortechnische Bewertungen der photokatalytischen Materialien erfolgte an Messaufbauten nach DIN ISO 22197-1. Zudem wurde ein Reaktor speziell für die Abschätzung der Wirksamkeit der Tunnelmatten erarbeitet, der eine beidseitige Beleuchtung sowie eine Durchströmung erlaubt.

Main study on the effect of tunnel walls with photocatalytic surfaces

The aim of this project was the conception and construction of enclosed, photocatalytic reactors (tunnel cassettes) to reduce the nitrogen oxide concentration in the tunnel “Rudower Höhe” in Berlin by 15%. The project was separated in two phases. Phase 1 included the development of an enclosed system with suitable photocatalysts and light sources. According to different investigations and simulations, a tunnel cassette with the dimension of 1.5 x 3 x 4 m³ was designed including three fans with a volume flow of 1,500 m³/h for each fan. For the photocatalytic degradation, 13 foam mats were integrated being coated with a cement-Photoment mixture. As light sources, the fluorescent tubes Philips Cleo Performance 80 were used. Based on simulations, 50 tunnel cassettes are needed on each side in the end of the tunnel for the reduction of the concentration of nitrogen oxide by 15%.

In phase 2, the realization of the tunnel cassettes in the tunnel “Rudower Höhe” was planned. However, the practical application could not be realized because of the failure of a subcontractor being responsible for the production, installation and service of the cassettes. Nevertheless, to demonstrate the functionality of the determined tunnel cassette, the TU Berlin produced a demonstrator tunnel cassette by itself and carried out a test mode for a longer period. Concerning the photocatalyst, the problem occurred that the photocatalytic degradation decreased due to ageing.

Furthermore, comprehensive measurements at the tunnel “Rudower Höhe” were carried out used as basis for the conception of the tunnel cassette. For the evaluation of the photocatalytic materials, measurements according to DIN ISO 22197-1 were used. Furthermore, a special reactor (CST reactor) was designed and constructed for the estimation of the efficiency of foam mats allowing a two-sided UV radiation and the flow of the air through the sample.

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    Die Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen stehen ab dem Jahrgang 2003 zum Teil als kostenfreier Download im elektronischen BASt-Archiv ELBA zur Verfügung.