7. Kolloquium Trinkwasserspeicherung in der Praxis - März 2023 141 Portfolioanalyse Zukunftsorientiertes Planungstool für den Betrieb und die Instandhaltung von Trinkwasserbehältern Dipl.-Ing. Laura Ruhwald Weber-Ingenieure GmbH, Darmstadt Sandra Gernand, M. Eng. Weber-Ingenieure GmbH, Darmstadt Zusammenfassung Der Betrieb, die Wartung und Instandhaltung von Trinkwasserbehältern erfolgen in Deutschland in unterschiedlichsten Strukturen. Der Spielraum erstreckt sich von der kleinen Gemeinde, welche einen einzelnen Trinkwasserspeicher betreibt, bis hin zu großen Versorgern mit vielen Trinkwasseranlagen in ihrem Portfolio. Alle stehen jedoch vor ähnlichen Herausforderungen: Der Bestand ist in die Jahre gekommen und es zeigen sich erste Schädigungen. Es wurden lange keine Investitionen vorgenommen, zudem fehlt eine umfassende Dokumentation zu den einzelnen Anlagenteilen. Auch der genaue Zustand der Bauwerke ist häufig unbekannt. Hinzu kommt in vielen Fällen ein Generationswechsel in der Belegschaft. Dieser ist nicht selten mit einem enormen Verlust von Fachwissen und Erfahrungswerten verbunden. Der Instandsetzungsbedarf ist häufig bekannt und offensichtlich vorhanden, aber wo fängt man? Die Portfoliountersuchung bietet durch eine systematische Untersuchung der einzelnen Bauwerke sowie eine anschließend erstellte Prioritätenliste einen umfassenden Überblick über den Zustand der einzelnen Anlagen des Portfolios und somit ein zukunftsorientiertes Planungstool für die Instandhaltung. Dies ist insbesondere für Betreiber mehrerer Trinkwasserbehälter interessant. Auf Grundlage der Bewertungen und der Prioritätenliste kann eine vorausschauende Budgetplanung erstellt werden. 1. Einführung Die Notwendigkeit zur Durchführung von Bauzustandsanalysen für das Gesamtportfolio ergibt sich aus mehreren Faktoren. So ist nicht allen Versorgern der jeweilige Instandsetzungsumfang ihres gesamten Portfolios bekannt. Durch den meist anstehenden Generationswechsel in der Belegschaft geht zusätzlich Wissen verloren und es besteht ein dringender Handlungsbedarf bei der Erfassung des Zustandes des Hochbehälter-Portfolios. Zusätzlich ergibt sich rein aus dem Lebenszyklus eines jeden Bauwerks die Notwendigkeit den Zustand des Portfolios regelmäßig zu prüfen. Dieser Lebenszyklus eines jeden Bauwerks beginnt mit der Bauwerksentstehung. Für die Betriebs- und Nutzungsdauer wird anschließend, je nach Art der Nutzungsbedingungen, ein Zeitraum von 10 bis 30 Jahren angesetzt. Über den gesamten Zeitraum der angesetzten Nutzungsdauer ist der Bauwerkszustand in regelmäßigen Abständen festzustellen und zu dokumentieren (Monitoring). Denn bereits im jungen Alter eines Bauwerks können kleinere und auch größere Instandhaltungsmaßnahmen notwendig werden. Je nach Nutzungsart ist nach der angesetzten Nutzungsdauer eine Instandsetzung durchzuführen. Durch das zuvor in regelmäßigen Zeitabständen durchgeführte Monitoring ist es dann möglich den wirtschaftlichsten Zeitpunkt für die erforderlichen Instandsetzungsmaßnahmen zu ermitteln. Nach erfolgter Instandsetzung wird eine weitere Betriebs- und Nutzungsdauer von 10-30 Jahren angesetzt. Abbildung 1: Lebenszyklus 142 7. Kolloquium Trinkwasserspeicherung in der Praxis - März 2023 Portfolioanalyse Auch ein verantwortungsvoller Umgang in Bezug auf die Nutzung von Ressourcen sowie die Reduzierung des CO 2 -Ausstoßes spielen eine immer wichtigere Rolle. Gerade die Herstellung von Zement ist enorm energieaufwändig und sorgt für einen erheblichen Ausstoß des klimaschädlichen Kohlenstoffdioxids. Wie in Abbildung 2 dargestellt entfallen allein 20,5 t CO 2 - Äquivalente pro Jahr auf die Zementindustrie. Abbildung 2: Emissionsdaten Zementindustrie [1] Durch eine optimal geplante Instandsetzung kann somit ressourcenschonend und gleichzeitig wirtschaftlich gearbeitet werden. Das in Abbildung 3 dargestellte Einsparpotential einer Sanierung, bezogen auf den Zementverbrauch eines Neubaus, ist somit immens. Abbildung 3: Vergleich Zementverbrauch [1] 2. Portfolioanalyse Die Basis der Portfolioanalyse bildet eine eingehende Bauwerksuntersuchung der im gesamten Portfolio vorhandenen Trinkwasserbehälter. Abhängig von der Versorgungsnetzgröße und der damit verbundenen Anzahl an Behältern kann der jeweilige Umfang der Bauzustandsanalyse variiert werden. Grundsätzlich empfiehlt sich eine vollumfängliche Bewertung eines jeden Trinkwasserbehälters. Diese beinhaltet sowohl die visuelle Aufnahme des baulichen und betrieblichen Bauwerkszustandes als auch die betontechnologische Untersuchung des Bauwerks, insbesondere der Wasserkammern. Bei kleineren Portfolios liegen der Umfang sowie die Kosten in einem monetär aber auch zeitlich realisierbaren Rahmen. Ab einer gewissen Größe des Gesamtportfolios ist die Durchführung von Bauzustandsanalysen mit betontechnologischen Untersuchungen nicht mehr zu empfehlen. In diesem Fall würden sowohl die Kosten für die Untersuchungen der Trinkwasserbehälter als auch der zeitliche Horizont für die gegebenenfalls erforderlichen Instandsetzungsmaßnahmen einen realistischen und zumutbaren Rahmen übersteigen. Gerade bei einem großen Portfolio können mehrere Jahre - bis hin zu Jahrzehnten - vergehen, bis alle Trinkwasserbehälter instandgesetzt werden können. Bei gleichzeitiger Untersuchung aller Behälter des Portfolios, bezogen auf die visuellen sowie die werkstofftechnologischen Untersuchungen, sind die Erkenntnisse der meisten Behälter veraltet, bis es zur Instandhaltung kommt. Insbesondere da die Schädigungen an der Bausubstanz während dieser „Warte-Zeit“ voranschreiten und es zu einer veränderten Ausgangsituation für die Instandsetzungsmaßnahmen kommen kann. In diesem Fall wären die betontechnologischen Untersuchungen vor dem Instandsetzungszeitpunkt für den jeweiligen Behälter erneut durchzuführen. Dies würde wiederum zu einer Verdopplung der Kosten führen und ist wirtschaftlich nicht sinnvoll. Aus diesem Grund empfiehlt es sich insbesondere bei einer großen Anzahl von Trinkwasserbehältern für eine Vorsondierung für das Portfolio durchzuführen. Hierbei werden in einem ersten Schritt alle Bauwerke in Bezug auf die baulichen und betrieblichen Anforderungen hin visuell untersucht. Der festgestellte Zustand wird dabei detailliert dokumentiert. Die werkstofftechnologischen Untersuchungen werden anschließend für eine ausgewählte Anzahl an Trinkwasserbehältern, entsprechend der visuellen Priorisierung, durchgeführt. Die Anzahl kann individuell auf die betrieblichen und finanziellen Möglichkeiten des Betreibers abgestimmt werden und sollte insbesondere die Realisierbarkeit der durchzuführenden Instandsetzungsmaßnahmen berücksichtigen. Im Anschluss an die erfolgten betontechnologischen Untersuchungen wird die vorläufige Priorisierung (aus den visuellen Überprüfungen) durch die Ergebnisse der betontechnologischen Untersuchungen ergänzt. Dadurch ergibt sich eine detaillierte Betrachtung des Instandsetzungsbedarfs in Bezug auf einen sinnvoll gewählten Zeithorizont. 2.1 Vorgehen Bauzustandsanalyse Die visuelle Aufnahme des Zustandes der Trinkwasserbehälter hinsichtlich der baulichen und betrieblichen Belange erfolgt entsprechend den Vorgaben der technischen Regel W 300 des DVGW [2]. Alle Trinkwasserbehälter werden dabei über einen vordefinierten Zeitraum und in einem zeitlich möglichst eng getakteten Intervall begangen. Der Bauzustand wird hierbei umfassend festgestellt und dokumentiert. 7. Kolloquium Trinkwasserspeicherung in der Praxis - März 2023 143 Portfolioanalyse Gerade bei einem großen Portfolio und dem damit verbundenen langfristigen Planungshorizont ist es wichtig auf eine detaillierte Dokumentation der Einzelbauwerke zu achten, da diese die maßgebliche Grundlage für ein Monitoring und eine folgende Instandsetzungsplanung darstellt. Nur so kann sichergestellt werden, dass der Bauzustand und bereits erfolgte Instandhaltungsmaßnahmen auch nach Jahren oder auch bei einem Personalwechsel lückenlos nachvollzogen werden können. Der anvisierte Umfang der Portfolioanalyse beinhaltet daher eine separate Bauzustandsanalyse je Behälter. 2.2 Vorgehen Bewertung Basierend auf den Anforderungen des DVGW W 300 [2] wurde eigens eine Bewertungsgrundlage entwickelt. Diese ermöglicht es potenzielle Schwachpunkte der Behälter detailliert zu erfassen und im späteren Verlauf gegenüberstellen zu können. Jeder Behälter wird dabei hinsichtlich der baulichen sowie betrieblichen Aspekte systematisch betrachtet. Hierbei erfolgt eine ganzheitliche Betrachtung aus Sicht der in Tabelle 1 genannten Aspekte. Zu diesen zählen beispielsweise die Bewertung des Behälters hinsichtlich der Standsicherheit und Gebrauchstauglichkeit, dem Objektschutz sowie der Hygiene. Tabelle 1: Betrachtungspunkte Sicherheitsrelevanz Betriebliche Belange Verkeimung Anlagenbetrieb Objektschutz Arbeitshilfen Arbeitsschutz Überwachung Verunreinigung Gebrauchstauglichkeit Standsicherheit Aber auch sicherheitsrelevante Aspekte wie der Arbeitsschutz, zum Beispiel in Form von Absturzsicherungen oder eine ausreichende Beleuchtung, werden betrachtet. Im Zuge der Bauzustandsanalyse werden daher zahlreiche Einzelbauteile, Anlagenteile, betriebliche Gesichtspunkte und Einzelabschnitte erfasst und bewertet. Wichtig ist dabei auf möglichst viele Einzelpunkte zu achten. Bei der Bewertung der Behälter hinsichtlich weniger Aspekte ist eine Differenzierung baugleicher Behälter nahezu unmöglich. Aus diesem Grund wird durch die eigens entwickelte Bewertungsgrundlage eine detailliertere Betrachtung ermöglicht. Hierdurch können auch geringfügige Unterschiede herausgearbeitet und in der Bewertung berücksichtigt werden. Damit ist es möglich auch Behälter eines ähnlichen Baujahres, ähnlicher Bauweise und ähnlichem Bauwerkszustand differenziert darzustellen und den Instandsetzungsbedarf in einem Ranking gegenüberzustellen. Nach der Dokumentation des Bauzustandes wird dieser hinsichtlich einer möglichen Gefährdung bewertet. Resultiert aus der vorgefundenen Abweichung des Istzustandes zum Sollzustand ein Mangel wird hierfür ein entsprechend definierter Mangelcode vergeben. 2.3 Vorgehen Auswertung Nachdem die festgestellten Abweichungen gemäß den Anforderungen nach dem DVGW W 300 [2] dokumentiert und mit einem Mangelcode bewertet sind werden diese in einer punktebasierten Bewertungsmatrix priorisiert. Hierfür werden die grundlegenden Informationen aus der Bauzustandsanalyse sowie der im Anschluss erfolgten Bewertung in ein Behälterdatenblatt überführt. Darunter fällt auch die Bewertung des Bauzustandes hinsichtlich der Schwere der Gefährdung und die Beurteilung, ob daraus ein Mangel resultiert. Die Grundlage für die Bewertung sowie für die finale Priorisierung stellt somit das Behälterdatenblatt dar. Der Auf bau des Datenblattes entspricht dabei der Struktur der Bauzustandsanalyse, wodurch die lückenlose Dokumentation und Nachvollziehbarkeit gegeben sind. Im Behälterdatenblatt selbst erfolgt die Bewertung sowie eine Wichtung jedes einzelnen Mangels. In einem ersten Schritt wird zunächst die Schwere der Gefährdung durch den Mangel bewertet. Dabei werden die vergebenen Mangelcodes in ein punktebasiertes Bewertungssystem überführt. Die Punkte entsprechen dabei der Gefährdung und einem vordefinierten Wirkungsfaktor. Die Punkteskala reicht von 2 bis 10 Punkten und verteilt sich wie beispielhaft nachfolgend dargestellt. Tabelle 2: Punkteskala zu den Wirkungsfaktoren Mangelbezeichnung: Wirkungsfaktor: Standsicherheit 10 Arbeitsschutz 8 Objektschutz 6 Arbeitshilfen 2 Zusätzlich wird jeder Mangel hinsichtlich seiner Schwere bewertet. Hierfür wird ein zweiter Faktor in die Berechnung aufgenommen. Die Punkte entsprechen der in Tabelle 3 dargestellten Skala. Tabelle 3: Punkteskala zur Schwere des Mangels Bezeichnung Punkte kein Mangel 0 leichter Mangel 1 vertretbarer Mangel 5 Bezogen auf das jeweilige Bauwerk ergibt sich damit eine Gesamtpunktezahl für jedes Behälterdatenblatt. Diese stellt die Grundlage für die Priorisierung dar. 144 7. Kolloquium Trinkwasserspeicherung in der Praxis - März 2023 Portfolioanalyse Durch sich verändernde klimatische Bedingungen, die Erschließung oder den Wegfall von Wohn- und Gewerbegebieten, aber auch Umplanungen im Versorgungsnetz werden die Betreiber und Eigentümer vor zusätzliche Herausforderungen gestellt. Derartige betreiberabhängige Belange können, dank des flexiblen und variablen Bewertungsmodels, in die Kriterien für die Bewertung mit aufgenommen werden. Somit kann im Anschluss eine zukunftsweisende und wirtschaftliche Instandsetzung realisiert werden. Zusätzlich ist es dank des entwickelten Modells auch möglich auf einen akuten Instandsetzungsbedarf reagieren zu können. 2.4 Ranking Das erstellte Ranking bietet für das gesamte Portfolio an Trinkwasserbehältern eine Handlungsempfehlung, bezogen auf erforderliche Instandsetzungsmaßnahmen. Die Priorisierung der Behälter basiert dabei auf mehreren Faktoren. Zum einen besteht das Ranking aus den visuellen Feststellungen der Bauzustandsanalyse und den sich daraus ergebenden Abweichungen gegenüber den Anforderungen gemäß DVGW W°300. Hinzu kommen die weiteren Erkenntnisse aus den betontechnologischen Untersuchungen sowie die weitergehenden individuellen Faktoren und betrieblichen Belange. Durch die gewählte Struktur des Rankings sowie der Behälterdatenblätter handelt es sich hierbei nicht um ein statisches Ergebnis. Das Ziel der Portfoliountersuchung ist es eine Grundlage zu schaffen, auf deren Basis weitergehend gearbeitet werden kann. Daher ist es auch möglich im Nachgang erfolgte Instandsetzungsmaßnahmen in die Behälterdatenblätter einzupflegen und zu dokumentieren. Die Priorisierung der Trinkwasserbehälter kann damit, bezogen auf deren Instandsetzungsbedarf, immer aktuell gehalten und über Jahrzehnte weiter genutzt werden. 1. Ergebnis In vielen Fällen wird eine Instandsetzungsmaßnahme erst dann geplant und veranlasst, wenn ein akuter Handlungsbedarf besteht. Damit verbunden sind dann meist enorme Investitionskosten. Diese entsprechen häufig nahezu den Kosten eines Neubaus. Oft stellt sich die Frage, ob eine Instandsetzung des Bestandes wirtschaftlich überhaupt vertretbar ist oder ob ein Neubau nicht die bessere Alternative ist. Ziel der Portfolioanalyse ist es diese Frage gar nicht erst aufkommen zu lassen, sondern den Instandsetzungsbedarf rechtzeitig zu erkennen und die Ausführung wirtschaftlich planen sowie ausführen zu können. Das vorstehend beschriebene Vorgehen zur Analyse und Bewertung des Portfolios bietet daher langfristige Planungssicherheit. Nur so ist es möglich Veränderungen rechtzeitig zu erkennen und somit frühzeitig reagieren zu können. Die Portfolioanalyse ermöglicht eine langfristige und wirtschaftliche Budgetplanung und bietet zudem die Möglichkeit kostbare Ressourcen zu schonen. Literaturverzeichnis [1] Kompetenzzentrum Klimaschutz in energieintensiven Industrien (KEI); Eigene Darstellung gemäß wwEmissionsdaten des UBA, des Wuppertal Instituts sowie der Verbände VDZ und WV Stahl 201. [2] DVGW Arbeitsblätter/ Merkblätter W 300 Teile 1-8.