Geothermie

Webbasierte Anwendung zur Untersuchung thermisch aktivierter Tunnel

Quelle/credit: IGS

1 Übersicht über die Verteilung der erneuerbaren Energieträger
1.–4. Quartal 2017 nach [1], WtE = waste to energy

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2 Einflüsse und Randbedingungen, unter denen eine Tunnelgeothermieanlage Wärme- bzw. Kälteenergie aus dem Untergrund extrahiert

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3 Systemskizze Berechnungsmodell, BC = boundary condition

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4 Isometrische Darstellung des Berechnungsmodells Stuttgart-Fasanenhof: Baugrundschichtung (links), Absorberkeisläufe (rechts)

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5 Vergleich der gemessenen und simulierten Rücklauftemperatur des Absorberkreislaufes 1

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6 Charakteristischer Verlauf der aktivierten Wärmestromdichte der untersuchten Tunnelgeothermieanlage; hier: radiale Variation der Lage der Absorberrohrleitungen in der Tunnelschale

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7 Screenshot einer Eingabemaske der web-basierten Simulationsanwendung

Quelle/credit: IGS

Die Ausrüstung von Infrastrukturtunneln mit Absorbertechnologie zur Extraktion von Wärme- bzw. Kälteenergie stellt eine konsequente Weiterentwicklung der oberflächennahen Geothermie-Hybrid-Systeme des klassischen Spezialtiefbaus dar. Die auf eine Tunnelgeothermieanlage wirkenden Wärmeströme resultieren aus einer komplexen Interaktion der klimatischen Randbedingungen an der Geländeoberkante sowie im Tunnelinneren, den Untergrundbedingungen sowie dem Betrieb der Geothermieanlage. Eine gesicherte Prognose möglicher Entzugsleistungen ist daher nur auf der Basis von transienten Simulationen möglich. In diesem Beitrag wird die am Institut für Geotechnik der Universität Stuttgart entwickelte Simulationsanwendung zur Untersuchung von Tunnelgeothermieanlagen vorgestellt, und es werden die Ergebnisse von Parameterstudien zur Wärmeentzugsleistung eines seicht liegenden Stadtbahntunnels diskutiert.

1 Einführung

Rund 32 % des Energieverbrauchs der Bundesrepublik Deutschland entfällt auf die Bereitstellung von Raumwärme und Warmwasser in Gebäuden, was einem Anteil von 40 % aller CO₂-Emissionen entspricht. Der Anteil erneuerbarer Energien am Primärenergieverbrauch lag im Jahr 2017 bei 13,1 %; dies entspricht einem Zuwachs von 6 % gegenüber dem Jahr 2016 [2]. Innerhalb der erneuerbaren Energien deckt die Geothermie mit ca. 3 % nur einen geringen Anteil am Gesamtenergieverbrauch ab (Bild 1). Vor dem Hintergrund, dass die Geothermie einen für menschliche Dimensionen unerschöpflichen...

Univ. Prof. Dr.-Ing. habil. Christian Moormann, Dipl.-Ing. Patrik Buhmann, Prof. Dr.-Ing. habil. Bernhard Westrich,
Institut für Geotechnik – Universität Stuttgart/Institute of Geotechnical Engineering – University of Stuttgart, Stuttgart, Deutschland/Germany