Geothermische Anlagen bei Grund- und Tunnelbauwerken

Während sich die geothermische Energienutzung im Hochbau bereits bewährt hat, steckt die Nutzung von Erdwärme beim Straßentunnelbau in Deutschland noch in den Anfängen. Bevor sich der Einsatz von Massivabsorbertechnik in Pilotprojekten bewähren soll, galt es, vorliegende Erfahrungen auszuwerten und Vorzugslösungen für die Gestaltung von Bauverträgen zu schaffen. Im Auftrag des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) und der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) untersuchten die Geotechnik Adam ZT GmbH und die iC consulenten ZT GmbH die Ausführung technischer sowie bauvertraglicher Details und erstellten einen Planungsleitfaden für die Errichtung von geothermischen Anlagen in Tunnelbauwerken.

Beispiel einer geothermischen Anlage in einem Tunnel in offener Bauweise (Bild: Geotechnik Adam ZT GmbH)

Aufgabenstellung

Durch den Einsatz der Massivabsorbertechnik ergibt sich die Möglichkeit, Verkehrstunnel kostengünstig zur Nutzung von Erdwärme heranzuziehen. Zur Vorbereitung künftiger Pilotprojekte bedarf es jedoch einer Bewertung bisheriger Erfahrungen sowie der Klärung technischer und bauvertraglicher Fragen. Ziel der Untersuchungen war es deshalb, zu Fragen der geothermischen Erkundung und der Ausführung technischer Details Lösungsmöglichkeiten zu erarbeiten. Zur Gestaltung entsprechender Bauverträge für Straßentunnel in offener und geschlossener Bauweise sollten Empfehlungen entwickelt werden, deren Umsetzung sowohl Planungs- und Ausführungssicherheit bieten als auch die Einhaltung der Kosten ermöglichen.

Untersuchungsmethode

Aufbauend auf dem Forschungsprojekt der BASt „Anwendung der Geothermie in Straßentunneln“ (2011) galt es, wesentliche Aspekte zur Ausführung geothermischer Anlagen zu untersuchen. Auf der Grundlage der bislang gesammelten Erfahrungen mit der Massivabsorbertechnik im österreichischen Tunnelbau wurde ein umfassender Planungsleitfaden für die Errichtung geothermischer Anlagen in Tunnelbauwerken erstellt. Im nächsten Schritt werden Empfehlungen zur Erweiterung der erforderlichen Entwurfsparameter im Zuge der thermischen Erkundung gegeben. Anhand fiktiver, aber realitätsnaher Beispielprojekte wurden technische Detaillösungen für die offene und geschlossene Bauweise ausgearbeitet. Die daraus resultierenden Erkenntnisse wurden auf in Deutschland übliche Straßentunnel übertragen und bewertet. Zur Erstellung einer Ausschreibung respektive eines Bauvertrages wurden Empfehlungen formuliert, mit deren Hilfe Rechts- und Kostensicherheit gewährleistet werden können.

Ergebnisse

Der vorliegende Planungsleitfaden erläutert die wesentlichen Einflussfaktoren für die Ausführung und den Betrieb geothermischer Anlagen in Tunneln. Zudem enthält er Entwurfsparameter für die Planung sowie die erforderlichen Projektstufen zur Umsetzung von geothermischen Anlagen in Straßentunneln. Die Bestimmung der Parameter für eine Dimensionierung einer solchen Anlage erbrachte, dass die Tunnellufttemperatur einen wesentlichen Einfluss auf die Leistungsfähigkeit der Absorberelemente ausübt. Es wurde festgestellt, dass Messwerte zur Verteilung der Tunnellufttemperatur im Jahreszyklus nur in geringem Umfang vorliegen. Für die Beispielprojekte in geschlossener als auch in offener Bauweise wurden Pläne für den Einsatz der Massivabsorbertechnologie erarbeitet. Für die Gestaltung von Bauverträgen im Zuge der Ausschreibung geothermischer Anlagen wurden Empfehlungen ausgesprochen und beispielhafte Leistungspositionen erstellt. Darüber hinaus erfolgte eine Definition von Schnittstellen zwischen geothermischer Anlage und Haustechnik sowie zwischen den Fachplanern von Auftraggeber und -nehmer.

Folgerungen

Mit den Ergebnissen der vorliegenden Untersuchungen können Pilotprojekte bei Straßentunneln in Deutschland geplant und ausgeführt werden. Aufgrund der vorherrschenden geringen Überlagerungshöhen und des starken Einflusses der Tunnellufttemperatur bedarf es im Einzelfall der Überprüfung der Machbarkeit und der Wirtschaftlichkeit. Als sinnvoll im Sinne weiteren Forschungsbedarfs wird die Erfassung von Temperaturverläufen in bereits bestehenden Straßentunneln angeregt.