Untersuchungen zur Effizienz von thermo-aktiven Abdichtungselementen zur thermischen Nutzung des Untergrunds

Die thermische Aktivierung von Betonbauteilen zur energetischen Nutzung des Untergrunds findet in den letzten Jahren immer weitere Verbreitung. Ausführungsbeispiele finden sich für Energiepfähle, Energiebodenplatten oder Energieschlitzwände, bei denen die Wärmeaustauscherrohre an der statisch erforderlichen Bewehrung befestigt werden. Aufbauend auf diesem Prinzip wurden am Lehrstuhl für Geotechnik im Bauwesen der RWTH Aachen im Rahmen eines Forschungsvorhabens thermo-aktive Abdichtungselemente für die thermische Aktivierung von erdberührenden Bauteilen unter dem Einfluss von (strömendem) Grundwasser entwickelt und deren Effizienz durch Großversuche und numerische Simulationen untersucht. Die thermo-aktiven Abdichtungselemente sind durch eine flexible Leitungsverlegung und einen nahezu direkten Kontakt zum Erdreich gekennzeichnet. Im Rahmen der Versuche konnten in Abhängigkeit der System- und Randbedingungen Entzugsleistungen zwischen 25 W/m2 und 300 W/m2 erzielt werden. Als maßgebende Einflussparameter auf den Wärmeertrag konnten der Volumenstrom im Wärmeaustauschersystem, die Wärmeübertragungsfläche sowie die Erdreichtemperatur identifiziert werden.

Investigations of the efficiency of thermo-active seal-panels for the thermal usage of the ground
The geothermal usage of earth coupled ground structures has found high resonance in the last years. Mostly, concrete structures are used for geothermal activation. Examples for energy piles, energy ground slabs as well as energy diaphragm walls are documented in common literature. Based on this principle, the Chair of Geotechnical Engineering at RWTH Aachen University developed thermo-active seal panels in the scope of a research project. The efficiency of these panels was analysed with several pilot-scale tests and numerical analyses. The application of the thermo-active seal panels - which are characterised by a variable pipe-laying and a relatively direct contact to the ground - lies in earth coupled structures which are influenced by (flowing) groundwater. The pilot-scale tests resulted in heat transfer capacities between 25 W/m2 and 300 W/m2 depending on the system and boundary conditions. Furthermore, the flow rate in the heat exchanging system, the heat transfer area as well as the undisturbed ground temperature were identified as the decisive parameters for the heat output of thermo-active seal panels.