Koaxiale Stahlenergiepfähle

Ein entscheidender Teil der Energiewende ist die Wärmewende im Gebäudesektor. Ein Schlüsselelement sind hier Wärmepumpen. Diese benötigen eine Wärmequelle, der sie Energie entziehen können, um sie auf ein höheres Temperaturniveau zu transformieren. Diese Wärmequelle kann bspw. das Erdreich sein, dessen Wärme durch Erdsonden erschlossen werden kann. In diesem Beitrag werden in Stahlpfähle integrierte Koaxialsonden mit dem Stand der Technik von Erdsonden gleichen Durchmessers bezüglich ihrer thermischen Leistungsmerkmale verglichen. Die Stahlenergiepfähle bieten neben der Wärmegewinnung weitere Vorteile, da sie auch eine statische Funktion übernehmen und rückstandsfrei zurückgebaut werden können. Es werden analytische und numerische Berechnungen vorgestellt, um die thermischen Potenziale beider Systeme zu vergleichen. Außerdem wird ein Testaufbau gezeigt, bei dem Stahlenergiepfähle in zwei verschiedenen Längen mit vorhandenen gängigen Erdsonden verglichen werden können. Die Berechnungen zeigen einen deutlichen thermischen Mehrertrag zwischen 26 % und 148 % der Stahlenergiepfähle gegenüber dem Stand der Technik abhängig vom Erdreich. Die Messergebnisse zeigen einen thermischen Mehrertrag von über 100 %. Es lässt sich also signifikante Erdsondenlänge einsparen. Dabei ist zu beachten, dass sich damit der thermisch genutzte Bereich des Erdreichs reduziert, wodurch die thermische Regeneration und/oder das Langzeitverhalten des Erdreichs an Bedeutung gewinnt.

Coaxial steel energy piles
A decisive part of the energy transition is the heat transition in the building sector. Heat pumps are a key element here. They need a heat source from which they can extract energy to transform it to a higher temperature level. This heat source can be, for example, the ground, whose heat can be extracted of geothermal probes. In this paper, coaxial probes integrated in steel piles are compared with the state of the art in ground probes of the same diameter regarding their thermal performance. In addition to heat extraction, steel energy piles offer further advantages, as they can also assume a static function and can be dismantled without leaving any residues. Analytical and numerical calculations are presented to compare the thermal potentials of both systems. In addition, a test setup is shown in which steel energy piles in two different lengths can be compared with existing common borehole heat exchangers. The calculations show a significant thermal surplus of between 26 % and 148 % of the steel energy piles compared to the state of the art, depending on the soil. The measurement results show an additional thermal yield of over 100 %. This means that a significant length of borehole heat exchanger can be saved. It should be noted that this reduces the thermally utilized area of the ground, which makes thermal regeneration and/or the long-term behavior of the ground more important.