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Entwurf von hydrogeothermischen Anlagen an deutschen Straßentunneln

BASt-Bericht B 141

Christian Moormann, Patrik Buhmann, Institut für Geotechnik (IGS) Universität Stuttgart
78 Seiten
Erscheinungsjahr: 2017
Preis: 00,00 €

Dieser Bericht steht kostenfrei ausschließlich im elektronischen BASt-Archiv ELBA zur Verfügung.

Im Rahmen des Forschungsprojektes FE15.0541/2011/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, dass heißt 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.

Preliminary design of hydrogeothermal plants within German road tunnels

In the framework of the research project FE15.0541/2011/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.

Important to mention at this stage that the geothermal potential for the Füssen tunnel is partially utilized by the suggested design so that further extraction of the cooling energy in the future is possible.

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  • Berichte zum Download

    Die Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen stehen ab dem Jahrgang 2003 zum Teil als kostenfreier Download im elektronischen BASt-Archiv ELBA zur Verfügung.