PLANEN
Energie und Tragwerksverhalten gemeinsam planen.
Untersuchen Sie das Wärmeaustauschpotenzial eines neuen thermoaktiven Bauwerks und bewerten Sie sein energetisches und tragwerksmechanisches Verhalten bereits in den frühen Planungsphasen.
Auch Bauwerke können Energie mit dem Erdreich austauschen.
Pfähle, Stützwände, Fundamentplatten und Tunnel können Wärmeaustauschsysteme integrieren und so die Energie des Untergrunds nutzbar machen. Die Bewertung ihres Potenzials erfordert ein Verständnis sowohl ihres energetischen als auch ihres tragwerksmechanischen Verhaltens.
Jedes Bauwerk hat einen Ausgangspunkt.
PRÜFEN
Das Betriebsverhalten der Anlage verstehen.
Analysieren Sie den Betrieb eines bestehenden thermoaktiven Bauwerks, vergleichen Sie sein Verhalten mit den erwarteten Bedingungen und erkennen Sie mögliche Abweichungen sowie Verbesserungspotenziale.
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Thermoaktive Pfähle: Gründungen mit zusätzlichem energetischem Nutzen
Thermoaktive Pfähle, auch alsEnergiepfähle bezeichnet, ermöglichen es, Tiefgründungen als Wärmetauscher zur Nutzunggeothermischer Energie einzusetzen. Im Beton integrierte Rohrkreisläufe können in Verbindung mit Erdwärmepumpen zur Beheizung und Kühlung von Gebäuden beitragen.
Ihr wesentlicher Vorteil besteht darin, bereits vorgesehene Tragwerkselemente zu nutzen und dadurch den Bedarf an separaten Erdwärmetauschern zu verringern. Bei derBemessung thermoaktiver Pfähle müssen die thermischen Eigenschaften des Untergrunds, die Gründungsgeometrie und der Energiebedarf des Gebäudes berücksichtigt werden.
Der Wärmeaustausch kann zusätzliche Beanspruchungen in der Gründung hervorrufen. Daher ermöglicht diethermomechanische Analyse von Energiepfählen, die Vereinbarkeit ihrer tragenden Funktion mit der geothermischen Nutzung zu beurteilen. Dabei werden die zeitliche Entwicklung der Untergrundtemperaturen und mögliche Wechselwirkungen zwischen den Pfählen berücksichtigt.
GeoView verbindet energetische Analysen mit thermomechanischen Bewertungen und unterstützt damit fundierte ingenieurtechnische Entscheidungen. Das geothermische Potenzial wird dabei gemeinsam mit dem Verhalten des Untergrunds und des Tragwerks betrachtet.
Thermoaktive Wände
Auch Baugrubenumschließungen können geothermische Energie nutzbar machen.
Thermoaktive Wände, insbesondere Schlitzwände, ermöglichen die Integration geothermischer Wärmetauscherkreisläufe in Bauteile, die bereits eine erdstützende Funktion erfüllen. Durch den Kontakt mit dem Untergrund steht eine Wärmeaustauschfläche zur Verfügung, die zur Beheizung und Kühlung von Gebäuden und Infrastrukturanlagen genutzt werden kann.
Bei der Planung müssen die thermischen Eigenschaften des Untergrunds, die Grundwasserverhältnisse und die Betriebsbedingungen des Systems berücksichtigt werden. Gleichzeitig können Temperaturänderungen das Tragverhalten der Wand und ihre Wechselwirkung mit dem umgebenden Erdreich beeinflussen.
Deshalb muss die geothermische Nutzung stets gemeinsam mit der Standsicherheit und dem Tragverhalten der Stützkonstruktion bewertet werden.
Thermoaktive Gründungsplatten
Ein Fundament, das das Gebäude trägt und zugleich Energie aus dem Erdreich nutzt.
Thermoaktive Gründungsplatten integrieren Wärmetauscherkreisläufe in die Fundamentplatte und nutzen deren Kontaktfläche zum Erdreich. Auf diese Weise wirdoberflächennahe Geothermie direkt in das Gebäude eingebunden und ihr Beitrag zur Deckung des Heiz- und Kühlbedarfs kann bewertet werden.
Die Leistungsfähigkeit hängt von der Geometrie der Platte, den thermischen Eigenschaften des Erdreichs und der Anordnung der Rohrkreisläufe ab. Darüber hinaus muss untersucht werden, wie Heiz- und Kühlzyklen die Temperaturen und das Verhalten der Gründung beeinflussen können.
Ziel ist es, die energetische Leistungsfähigkeit mit den statischen Anforderungen des Gebäudes in Einklang zu bringen.
Energietunnel
Die nächste Generation unterirdischer Infrastruktur wird auch Energie nutzen.
Thermoaktive Tunnel, auch alsEnergietunnel bezeichnet, stellen einen neuen Ansatz für unterirdische Infrastruktur dar. Durch die Integration von Wärmetauscherkreisläufen in die Tunnelauskleidung können diese Bauwerke geothermische Energie aus dem Erdreichnutzen und langfristig zur Energieversorgung beitragen, ohne ihre primäre Verkehrsfunktion zu beeinträchtigen.
Ihr Potenzial reicht über den Tunnel selbst hinaus. Die gewonnene Wärmeenergie kann zur Beheizung und Kühlung, zur Versorgung von Wärmenetzen (Fernwärme und Fernkälte) sowie für Anwendungen mit kontinuierlichem Energiebedarf genutzt werden, darunter Rechenzentren, Flughäfen, Krankenhäuser und große Gebäude. So kann unterirdische Infrastruktur aktiv zu effizienteren und widerstandsfähigeren Städten beitragen.
Die Planung eines Energietunnels umfasst jedoch mehr als die Installation von Wärmetauschern. Sie erfordert die gemeinsame Betrachtung von Klima, Energiebedarf, Geologie, Grundwasser, Wärmeübertragung, Hydraulik sowie Heiz- und Kühlsystemenin einem durchgängigen ingenieurtechnischen Prozess. Das Energiepotenzial muss anhand des tatsächlichen Bedarfs der Abnehmer und der langfristigen Betriebsbedingungen bewertet werden.
Dieser integrierte Ansatz umfasst auch diethermohydromechanische Analyse (THM), die entscheidend ist, um die Wechselwirkungen zwischen Erdreich, Tunnelauskleidung und betrieblichen Temperaturzyklen zu verstehen. Die Bewertung von Tragfähigkeit, Standsicherheit und Sicherheit über die gesamte Nutzungsdauer schafft eine fundierte ingenieurtechnische Grundlage für geothermische Anwendungen.
Die Zukunft der Geothermie in Tunneln hängt nicht nur davon ab, den thermischen Energieaustausch nachzuweisen, sondern auch integrierte Verfahren zu etablieren, mit denen entsprechende Infrastrukturen geplant, bewertet und validiert werden können. Ziel ist es, die energetische Nutzung zu einem festen Bestandteil der ingenieurtechnischen Entscheidungen für die nächste Generation unterirdischer Infrastruktur zu machen – und nicht zu einer optionalen Ergänzung des Projekts.
