Druckerei und Verlag Mainz - Aachen

Zur thermischen Nutzung des Untergrunds mit flächigen thermo-aktiven Bauteilen

39,50€ inkl. MwSt.

    Autor: Kürten, Sylvia
    ISBN: 978-3-95886-140-4
    Auflage: 1
    Seiten: 278
    Einband: Paperback
    Reihe: GIB
    Band: 15

Zum Inhalt

Kurzfassung

Die thermische Nutzung des Untergrunds mit Hilfe von erdberührenden Bauteilen (sogenannte „thermo-aktive Bauteile“) stellt eine zukunftsorientierte Möglichkeit der Energiegewinnung im Wärmesektor dar. Durch die Integration von Absorberrohren in ohnehin erforderliche Bauteile können die Installationskosten im Vergleich zu herkömmlichen Systemen der oberflächennahen Geothermie deutlich reduziert werden. Klassischerweise werden Betonbauteile durch die Befestigung der Absorberrohre an der Bewehrung thermisch aktiviert. Der Energiepfahl stellt in diesem Zusammenhang das weltweit am weitesten verbreitete System dar. Seit den 1980er Jahren werden auch vermehrt flächige Bauteile (Wände, Bodenplatten, Tunnelbauwerke) thermisch aktiviert.

Im Rahmen dieser Arbeit wurden aufbauend auf dem Prinzip der thermischen Aktivierung von Betonbauteilen thermo-aktive Abdichtungselemente entwickelt, die beispielsweise bei Kellerwänden im (strömenden) Grundwasser eine herkömmliche Abdichtung ersetzen können. Die Wirksamkeit der thermo-aktiven Abdichtungselemente wurde durch großmaßstäbliche Laborversuche in einem eigens entwickelten Versuchsstand ermittelt. Dazu wurden für verschiedene Rahmen- und Systemkonfigurationen Wärmeentzugsversuche durchgeführt. Die in den Versuchen ermittelten Leistungen lagen im Mittel bei ca. 80 W/m² und liegen somit in der Größenordnung von dokumentierten Werten anderer thermo-aktiver Bauteile.

Für flächige thermo-aktive Bauteile fordert VDI 46402:2001 eine Berechnung im Einzelfall. Bislang fehlen jedoch geeignete Berechnungsansätze, die es ermöglichen alle Einflussparameter auf die Leistungsfähigkeit der Systeme zu berücksichtigen. Dies ist darauf zurückzuführen, dass verschiedene Wärmetransportvorgänge im Untergrund, im Bauteil und im Absorbersystem zu berücksichtigen sind, die durch unterschiedliche Komplexitäten gekennzeichnet sind. Darüber hinaus führen die unterschiedlichen erforderlichen Betrachtungsmaßstäbe zu unrealistischen und unwirtschaftlichen Rechenzeiten. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Berechnungsansatz für flächige thermo-aktive Bauteile entwickelt, der diese Wissenslücke schließt. Dabei werden die Vorgänge im Bauteil mit Hilfe von thermischen Widerständen abgebildet und entsprechend zusammengefasst. Die Kopplung des Widerstandsmodells (Bauteilmodell) mit dem Untergrund erfolgte sowohl analytisch als auch numerisch. Für eine detaillierte Anlagenauslegung liefern jedoch nur numerische Methoden eine ausreichende Genauigkeit. Das Widerstandsmodell wurde in die Software der SHEMAT-Suite implementiert. Die numerische Umsetzung erfolgte dabei durch die Geophysica Beratungsgesellschaft mbH (Aachen). Der mathematische Ansatz und dessen numerische Umsetzung wurden mit Hilfe von Vergleichsrechnungen mit einem vollständig diskretisierten Finite-Elemente Programm sowie mit Hilfe der Laborversuche verifiziert und kalibriert. Die jeweilige Übereinstimmung der Ergebnisse ist als sehr gut anzusehen, sodass die Gültigkeit des Berechnungsansatzes als bewiesen angesehen werden kann.

Beurteilungen (0)

Neue Beurteilung

Bitte anmelden oder registrieren um Beurteilung zu schreiben