Entwurf von hydrogeothermischen Anlagen an deutschen Straßentunneln

Preliminary design of hydrogeothermal plants within German road tunnels

  • Im Rahmen des Forschungsprojektes FE 15.0541/2011/BRB "Fachtechnische Vorbereitung von geothermischen Pilotanwendungen bei Grund- und Tunnelbauwerken" wurde durch das Institut für Geotechnik der Universität Stuttgart das geothermische Potential der Tunneldrainagewasserschüttungen an den Portalen des Tunnel Rennsteig (BAB 71, Thüringer Wald) und des Grenztunnels Füssen (BAB 7, Bayern) ermittelt und die chemisch-physikalische Eignung zur thermischen Nutzung untersucht. Im Ergebnis können am Tunnel Rennsteig Wärmeströme zwischen 50 kW (Heizbetrieb) und 590 kW (Kühlbetrieb) und am Tunnel Füssen zwischen 150 kW (Heizbetrieb) bis 440 kW (Kühlbetrieb) nutzbar gemacht werden. Für die Tunnelportale wurden Konzepte zur Nutzung der thermischen Energie entwickelt und gesamtheitlich bewertet. Verglichen wurden klassische Nutzungen aus dem Bereich der Gebäudeklimatisierung, der Eis- und Schneefreihaltung von Freiflächen sowie die thermische Nutzung des Tunneldrainagewassers zur Fischzucht. Hierbei zeigten sich die Temperierung von Freiflächen sowie die Klimatisierung von Betriebsräumen der Tunneltechnik als technisch und energetisch sinnvolle Varianten der Energienutzung. Für die Nordportale der Tunnel Füssen und Rennsteig wurden diese Konzepte im Sinne einer Vorplanung vertieft betrachtet sowie monetär und auf der Basis weiterer Kriterien, wie der technischen Realisierbarkeit und des späteren Betriebs, bewertet. Für das Nordportal des Grenztunnels Füssen wurden im Rahmen einer Entwurfsplanung Anlagen zur Temperierung von Freiflächen sowie zur Klimatisierung der Tunnelbetriebsräume entwickelt. In beiden Fällen erfolgt die Nutzung des Tunneldrainagewassers direkt und passiv, d.h. es erfolgt kein Temperaturhub und das Wasser zirkuliert direkt durch die entsprechenden Wärmeübertrager. Das am Tunnel Füssen existierende geothermische Potential für den Kühlfall wird durch die geplante Anlage nur zu einem geringen Teil ausgenutzt, so dass die Auskopplung weiterer Kühlenergie möglich ist.
  • In the framework of the research project FE 15.0541/2011/BRB "Fachtechnische Vorbereitung von geothermischen Pilotanwendungen bei Grund- und Tunnelbauwerken", the potential of exploiting the geothermal energy of the drainage water in tunnels has been investigated at the institute of Geotechnical Engineering of Stuttgart University. For this purpose, the tunnel Rennsteig (BAB 71, Thuringian Forest) and the tunnel Füssen (BAB 7, Bavaria) were considered as case studies where the chemical and physical suitability of the drainage water were examined. One of the findings in this project, the heat flux of the Rennsteig tunnel varying between 50 kW (heating) and 590 kW (cooling), whereas for the tunnel Füssen was 150-440 kW for the heating and cooling, respectively. Furthermore in the this project, suggestions of utilizing the thermal energy are studied; e.g. classical air conditioning for buildings, system for keeping roads free from ice and snow, as well as fish farming. For technical and economical reasons, it has been verified that the first two applications are more feasible among others. A detailed pre-design (Vorplanung) including financial costs and technical challenges were carried out for the northern portals of the tunnel Füssen and Rennsteig. On the other hand, a preliminary design (Entwurfsplanung) was performed for the northern portal of the tunnel Füssen for keeping open spaces free from ice and snow and for air conditioning of the tunnel facility rooms. In this case, however, the drainage water is directly and passively used. In other words, the water circulates directly through a heat exchanger with no need for an additional heat pump system.

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Metadaten
Author:Christian Moormann, Patrik Buhmann
URN:urn:nbn:de:hbz:opus-bast-18332
ISBN:978-3-95606-358-9
Series (Serial Number):Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen, Reihe B: Brücken- und Ingenieurbau (141)
Document Type:Book
Language:German
Date of Publication (online):2017/11/02
Contributing corporation:Universität Stuttgart. Institut für Geotechnik
Release Date:2017/11/02
Tag:Benutzung; Deutschland; Erneuerbare Energie; Forschungsbericht; Gebirge; Tunnel; Wasser
Alternative energy; Germany; Mountain; Research report; Tunnel; Use; Water
Institutes:Sonstige / Sonstige
Dewey Decimal Classification:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 62 Ingenieurwissenschaften / 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
collections:BASt-Beiträge / ITRD Sachgebiete / 26 Entwässerung, Frost, Auftauen
BASt-Beiträge / ITRD Sachgebiete / 54 Tunnelbau

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