Modulare Bauteile

Erdwärmenutzung aus erdberührenden flächigen Bauteilen: 
Energiepotentiale thermo-aktiver Abdichtungselemente


Ein Verbundprojekt zwischen der Geophysica Beratungsgesellschaft mbH und dem Institut Geotechnik im Bauwesen, RWTH Aachen befasst sich mit der Optimierungsmöglichkeiten bei der Verwendung von thermo-aktiven Bauteilen zur energetischen Nutzung des Untergrunds. Am Lehrstuhl für Geotechnik im Bauwesen (GiB) der RWTH Aachen University wurden in Zusammenarbeit mit der NAUE GmbH & Co. KG thermo-aktive Abdichtungselemente entwickelt und großmaßstäblichen Laborversuchen erprobt. Die erreichten Entzugsleistungen und Wärmeübergangswiderstände sind dabei sehr vielversprechend. Das bevorzugte Einsatzgebiet der Elemente liegt bei Bauteilen im (strömenden) Grundwasser, da diese ohnehin einer Abdichtung bedürfen. 

Für eine effiziente Auslegung der Anlage ist daher die Beschreibung des Einflusses der Grundwasser- Strömung auf den Wärmeertrag von entscheidender Bedeutung. Derzeit findet eine Anlagenauslegung unter Einbeziehung des Grundwassers jedoch nur in den wenigstens Fällen statt. Vorhandene Studien beziehen sich darüber hinaus ausschließlich auf Erdwärmesonden oder Energiepfähle. Dies ist unter anderem darauf zurückzuführen, dass die Beschreibung des Wärmeübergangs bei flächigen Bauteilen deutlich komplexer als bei rotationssymmetrischen Systemen ist. Neben der fehlenden Rotationssymmetrie ergibt sich das aus der räumlichen Trennung von Vor- und Rücklauf. 

In dem Projekt wurde von der Geophysica Beratungsgesellschaft mbH ein Berechnungsmodul für die Beschreibung des Wärmeübergangs bei thermo-aktiven Bauteilen entwickelt, welches in das Pro-grammsystem SHEMAT-Suite implementiert wurde. Parallel hierzu führte das GiB Laborversuche zur Entzugsleistung der Abdichtungselemente durch, mit denen das Modul getestet und kalibriert wurde.

Die entwickelte Software erlaubt nun eine vollständige quantitative Einbeziehung flächiger thermo-aktiver Bauteile in die gebäudetechnische Planung von  Heiz- und Kühlanlagen in Gebäuden.






Schema zur Energiegewinnung mit thermo-aktiven Abdichtungselementen. 
(Quelle: GiB, RWTH Aachen)


Weitere Informationen zum Projekt finden Sie in:   

Kürten, S., Mottaghy, D. & Ziegler, M. (2014): A new model for the description of the heat transfer for plane thermo-active geotechnical systems based on thermal resistances. Acta Geotechnica, Online First. http://link.springer.com/article/10.1007/s11440-014-0311-6#page-1

Kürten, S., Mottaghy, D. & Ziegler, M. (Ziegler (2013): Wärmeübergangswiderstand bei flächigen thermo-aktiven Bauteilen am Beispiel thermo-aktiver Abdichtungselemente. Bautechnik 90(7), 387–394