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A. Oberhauser, N. Ostermann:
"Energiesysteme für Tunnelthermie - Nachhaltige Infrastruktur für das 21. Jahrhundert";
Bericht für FFG - Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft mbH; 2007; 64 S.

Das Forschungsprojekt "Energiesysteme für Tunnelthermie - Nachhaltige Infrastruktur für das 21. Jahrhundert" hatte eine umfassende Untersuchung der Möglichkeiten der Nutzung geothermischer Energie durch Felsanker (sogenannter "Energieanker") im Tunnelbau zum Ziel.
Nach umfassender Literaturrecherche (Arbeitspaket 1) wurde zunächst ein Prototyp im Labor der Institute für Eisenbahnwesen, Verkehrswirtschaft und Seilbahnen bzw. Grundbau und Bodenmechanik der TU Wien entwickelt. An Hand des Prototypen durchgeführte Messungen erbrachten Werte über das hydraulische Verhalten des Energieankers, an welchem durch seinen relativ geringen Querschnitt große Druckverluste zu erwarten waren (Arbeitspaket 4).
Simultan wurden 2D bzw. 3D-Simulationsberechnungen mit der FE-Software COMSOL Multiphysics (vormals FEMLAB) durchgeführt (Arbeitspaket 2).
Anschließend wurde eine Testanlage in einer Hangsicherung im Rahmen des Bauloses LT 31/32 Klimtgasse des Lainzer Tunnels in Wien errichtet (Arbeitspaket 5).
Die Messwerte aus der Testanlage stimmen mit den Werten aus der Simulationsberechnung weitgehend überein und belegen die Funktionsfähigkeit des Energieankers. Mit den aus der Heizsaison 2006/2007 erhaltenen Daten kann eine spezifische thermische Leistung des Absorberbauteils Energieanker mit 8 - 12 W/m vor Wärmepumpe angenommen werden. Die aus den installierten Energieankern erzielbare Wärmeleistung ist ein wichtiger Parameter für die in Arbeitspaket 3 und in Arbeitspaket 6 simultan zur Prototypenentwicklung durchgeführte Wirtschaftlichkeitsuntersuchung (siehe Kapitel 5.3). Die Wärmeleistung bestimmt, neben den Energiepreisen für Erdöl, Erdgas und elektrische Energie, maßgeblich die Amortisationsdauer einer Tunnelthermie﷓Anlage.

Beginnend mit Anfang April 2006 liefen in der Anlage 20 Stück R51-Energieanker im Testbetrieb. Messdaten zur Temperaturentwicklung im Untergrund sowie die Energiekennzahlen des Systems werden in regelmäßigen Abständen mittels drahtloser Datenübertragung an die TU Wien übermittelt und dort ausgewertet. Die 20 ebenfalls eingebauten und größtenteils funktionsfähigen Energieanker vom Typ R32 mussten jedoch auf Grund des für die Baustelleneinrichtung benötigten Lagerplatzes für die Tunnelbaustelle wieder entfernt werden. Mit Oktober 2006 konnte der einzige verbleibende, noch funktionsfähige R32﷓Anker, der bis dahin noch nicht angeschlossen war, in den Testbetrieb gehen.

Um im Rahmen des Projektes einen Winterbetrieb durchlaufen zu können, wurde die Projektdauer um ein halbes Jahr verlängert, womit kontinuierliche Messungen bis zum Ende der Kälteperiode 2006/2007 durchgeführt werden konnten.
Das Ende des Testbetriebes erfolgte mit der Abschaltung der Anlage am 27.4.2007.

Die Ergebnisse der Testanlage belegen, dass mit Hilfe des Energieankers eine ausreichende Energieextraktion aus dem Boden möglich ist. Bis zur Entwicklung eines serienreifen Produktes ist jedoch noch eine Reihe von Produktverbesserungen notwendig, um das System für den Einsatz an einer Tunnelbaustelle vorzubereiten.

Erdwärme, Geothermie, Niedertemperatur, Absorberelemente, Eisenbahntunnel, Energieanker, Anker

Projektleitung Norbert Ostermann:
Energiesysteme für TunnelThermie - Nachhaltige Infrastruktur für das 21. Jahrhundert