Nutzung der oberflächennahen Geothermie mittels Energiepfählen und Erdwärmesonden: Fid-Bau Portal

Nutzung der oberflächennahen Geothermie mittels Energiepfählen und Erdwärmesonden

Ma, Xiaolong

Es wurde die Realisierung und die Auswertung der Messergebnisse der Geothermieanlage eingegangen. Die Geothermieanlage bestand aus drei Erdwärmesonden mit einer Länge von jeweils 75 m und fünf Energiepfählen mit einer Länge von jeweils 14 m. Im Rahmen der Planung wurden behördliche Papiere eingeholt, die Entzugsleistungen abgeschätzt und Anschlusskonzept sowie Messprogramm festgelegt. Die Bohrungen der Erdwärmesonden wurden mit dem Spülbohrverfahren hergestellt und nach dem Einsenken der Wärmeübertragungsrohre mit Verfüllmaterial verpresst. Das Einbringen der Fertigenergiepfähle erfolgte mit Rammen. Alle Bodenwärmeübertrager wurden mittels horizontaler Rohre an den Verteilerbalken angeschlossen. Die Geothermieanlage wurde über zwei Jahre betrieben. Es wurden in den Sommerperioden 2344,9 kWh Kälte und in den Winterperioden 15279,9 kWh Wärme aus dem Untergrund gewonnen. Der tatsächliche Kälte-/Wärmebedarf der Klimaanlage ist geringer als geplant. Es führt dazu, dass die Geothermieanlage nicht ausgelastet ist und dass die erzielten spezifischen Entzugsleistungen geringer sind als die Abschätzung. Die Sommerarbeitszahl beträgt 11,3, was bedeutet, dass beim Einsatz von 1 kWh elektrischer Energie 11,3 kWh Kälte aus dem Untergrund ausgeholt werden konnten. Aufgrund der Zuschaltung der Wärmepumpe ist die Winterarbeitszahl geringer und beträgt für die gesamte Zeit 3,0. Die infolge des Anlagenbetriebs veränderte Bodentemperatur kann sich schnell regenerieren. Der Vergleich der Pilotanlage mit zwei traditionellen Systemen hat bewiesen, dass durch den Einsatz der oberflächennahen Geothermie sowohl der Primärenergieverbrauch als auch die Treibhausgasemissionen reduziert werden können. Die Energiepfahlanlage wurde mittels der Finite-Elemente-Methode simuliert. Die numerischen Ergebnisse stimmen mit den Messdaten gut überein. Sensitivitätsanalysen zeigen, dass die spezifische Entzugsleistung mit zunehmender Boden-, Betonwärmeleitfähigkeit und Temperaturdifferenz zwischen dem Wärmeträgermedium und dem ungestörten Boden steigt. Die thermisch-hydraulisch-mechanischen Verhaltensweisen eines Energiepfahls wurden numerisch abgebildet. Die berechneten Pfahlkopfsetzungen und Pfahldehnungen stimmen mit den Messergebnissen aus der Literatur überein. Die thermische Aktivierung von Pfählen verursacht Spannungsänderungen im Pfahl und Boden. Es ist zu erkennen, dass Porenwasserdrücke in einem Boden mit geringer Wasserdurchlässigkeit eine unvernachlässigbare Rolle spielen.