Effizienzsteigerung einer geothermisch- und sorptionsgestützten Klimatisierung

In einem vom BMWi geförderten vvorangegangenen Projekt wurde die Kombination einer sorptionsgestützten Klimaanlage und einer Geothermieanlage in einer Pilotanlage in der HafenCity Hamburg untersucht. Im Rahmen des vorliegenden Verbundprojektes (Institut für Thermofluiddynamik, Prof. Gerhard Schmitz; Institut für Geotechnik und Baubetrieb, Prof. Jürgen Grabe) wird die Effizienz der geothermisch- und sorptionsgestützten Klimatisierung weiter gesteigert. Unser Institut verfolgt dabei folgende Ziele:

(1) Steigerung der Kälteentzugsleistung von Wärmetauschern im Boden (Erdwärmesonden und Energiepfähle) durch Kombination mit einem Luftinjektionsbrunnen (Erzeugung eines künstlichen konvektiven Wärmetransports insbesondere an Standorten mit geringen Grundwasserströmung). Hierzu werden Feldversuche an der Pilotanlage sowie Computersimulationen auf der Grundlage der Finite-Elemente-Methode (FEM) durchgeführt.

(2) Optimierung des mechanisch-hydraulisch-thermischen Verhaltens des Verfüllmaterials von Erdwärmesonden. Das Verfüllmaterial muss eine möglichst hohe Wärmeleitfähigkeit, ein geringe Durchlässigkeit, eine hohe Duktilität bei mechanischer Beanspruchung und Widerstand gegen Bruch bei Frost-Tau-Wechsel aufweisen. Hierzu werden Laborversuche in einem neuartigen Triaxialgerät untert realen Spannungs- und Temperaturbedingungen mit verschiedenen Verfüllmaterialien durchgeführt.

(3) Erarbeitung von Bemessungsgrundlagen für Erdwärmetauscher.

Stichworte

• Energetische Nutzung von Geothermie
• Geothermie

Publikationen

• Ma, X.; Qiu, G., Grabe, J.: Numerical simulation of an energy pile using thermo-hydro-mechanical coupling and a visco-hypoplastic model Geotechnical Engineering Journal of SEAGS & AGSSEA, 45(2): S. 12-16, 2014.
• Grabe, J.; Menzel, F.; Ma, X.: Combination of borehole heat exchangers and air sparging to increase geothermal energy. In Proceedings of 18th International Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering 2013 in Paris/France , 2013.
• Menzel, F.; Grabe, J.; Kroggel, N.: Machbarkeitsstudie: Oberflächennahe Geothermie für Logistikflächen im Hamburger Hafen Fachze3itschrift bbr - Sonderheft Geothermie, 63: S. 12-21, 2012.