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Geothermische Pfahlgründungen

Anonim

Geothermische Energie

Was ist Geothermie?

Geothermie ist nach Sonnenenergie die zweithäufigste Wärmequelle der Erde. Es ist die in der Erde gespeicherte natürliche Wärmeenergie. Diese Energie ist in etwa 260 Milliarden Kubikmetern Gesteinen und metallischen Legierungen unmittelbar unterhalb der Erdoberfläche enthalten, die sich an oder nahe ihrem Schmelzpunkt befinden (Lanterman & Lee, 2007).

Berechnungen zeigen, dass die Erde, die aus einem vollständig geschmolzenen Zustand stammt, abgekühlt und vollständig fest geworden wäre, wenn der einzige Energieeintrag die der Sonne gewesen wäre. Daher wird angenommen, dass die letztendliche Quelle der Geothermie der Zerfall von natürlich radioaktiven Isotopen ist ( Dincer et al., 2007).

Die Wärmeenergie der Erde fließt kontinuierlich nach außen. Diese Wärmeübertragung vom Kern zum umgebenden Mantel erfolgt hauptsächlich über Leitung. Wenn die Temperatur und der Druck des Systems hoch genug sind, schmelzen einige der Gesteine, aus denen der Mantel besteht, und bilden Magma. Da das flüssige Magma weniger dicht ist als die umgebenden Gesteine, steigt es langsam an und leitet die thermische Wärme in Richtung Erdkruste (Lanterman & Lee, 2007).

Die geothermische Temperatur nimmt mit der Tiefe der Erdkruste zu. Mit der derzeit verfügbaren Technologie wurde festgestellt, dass der durchschnittliche geothermische Gradient etwa 3 ° C pro 100 m beträgt (Dincer et al., 2007). Laut Lund (2009) beträgt die ungefähre thermische Gesamtenergie über der Oberflächentemperatur bis zu einer Tiefe von 10 km 1, 3 x 10² Joule, was der Verwendung von 3 x 10¹ Barrel Öl entspricht. Da der weltweite Energieverbrauch ungefähr 100 Millionen Barrel Öl pro Tag entspricht, würde die thermische Energie bis zu einer Tiefe von 10 km den gesamten Energiebedarf der Menschheit für sechs Millionen Jahre decken. Basierend auf der aktuellen Technologie steht jedoch nur ein Bruchteil dieser Energie als verwertbare Quelle zur Verfügung. Der Rest der Energie ist zu weit über die Erdoberfläche verteilt oder zu tief, als dass er praktisch wäre.

Geschichte

Geothermisches Wasser aus natürlichen Becken und heißen Quellen wird vom Menschen seit zehntausenden Jahren zum Kochen, Baden und Heizen verwendet. Die Römer verwendeten Geothermie für die Raumheizung, und die Direktheizung wurde seit vielen Jahren universell für landwirtschaftliche Zwecke eingesetzt, beispielsweise für die Treibhausheizung (Lanterman & Lee, 2007).

Das erste geothermische Fernwärmesystem der Welt wurde im 13. Jahrhundert im französischen Chaudes-Aigues entwickelt und ist noch in Betrieb. Das älteste und noch funktionsfähige geothermische Fernwärmesystem in den Vereinigten Staaten von Amerika befindet sich in Boise, Idaho. Es wurde 1892 in Betrieb genommen, wird direkt von einer tiefen Geothermiebohrung gespeist und bietet Raumheizung für bis zu 450 Häuser.

In Island wurde die städtische Heizung in den 1930er Jahren mit heißen geothermischen Quellen betrieben und ist bis heute eine wichtige Wärmequelle. Zu den frühen industriellen Anwendungen der Geothermie gehörte die chemische Extraktion in der italienischen Region Larderello. Geyser-Dampf wurde in den 1800er Jahren zur Gewinnung von Borsäure für die kommerzielle Nutzung verwendet (Lund, 2009).

Geothermie wurde erstmals 1904 mit experimentellen Arbeiten von Prinz Gionori Conti auf dem Larderello-Feld in der Toskana zur Stromerzeugung eingesetzt. 1913 wurde in Larderello das erste kommerzielle Kraftwerk in Betrieb genommen Die geothermische Arbeit in Beppu führte 1919 zu einer Pilotanlage (Lanterman & Lee, 2007).

Auf diese Entwicklungen folgten 1958 eine Anlage in Wairakei, Neuseeland, und 1959 eine Versuchsanlage in Pathe, Mexiko. Die erste Anlage in den USA wurde 1960 in The Geysers errichtet und ist derzeit der größte geothermische Stromerzeuger in New York USA (Collie, 1978).

Aufgrund der korrosiven Eigenschaften der meisten Grundwasser- und Dampfströme gab es bis 1950 Komplikationen bei der Nutzung der Geothermie zur Stromerzeugung, da die Metallurgie nicht so weit fortgeschritten war, dass korrosionsbeständige Dampfturbinenschaufeln hergestellt werden konnten (Dincer et al., 2007) ).

Aktuelle Verwendung

Geothermie wird seit über 100 Jahren kommerziell genutzt und in mehr als 70 Ländern werden geothermische Ressourcen genutzt (Batchelor, 2005). Derzeit sind die USA nach wie vor der größte Stromerzeuger aus Geothermie (Lanterman & Lee, 2007). Aufgrund des geologischen Standorts Islands verfügt es über reichlich geothermische Ressourcen und ist führend bei der Nutzung von Geothermie für die Raumheizung, Warmwasserversorgung und landwirtschaftliche Nutzung. Mehr als die Hälfte der Bevölkerung lebt in geothermisch beheizten Häusern (Collie, 1978). .

Die wichtigsten Vorteile der Geothermie sind:

  • Die Ressourcen sind kontinuierlich, zuverlässig, nachhaltig und sauber.
  • Die Kosten der Geothermie sind nicht anfällig für Schwankungen.
  • Sie stellt eine große Ressource dar, die in jedem Land in der einen oder anderen Form leicht verfügbar ist, was zu einer Verringerung der Energieimporte führt und somit die Abhängigkeit von externen wirtschaftlichen oder politischen Situationen verringert.
  • Es hilft, die Abhängigkeit von fossilen oder nuklearen Brennstoffen zu reduzieren.
  • Bei der Bereitstellung von Grundlaststrom, Heizung, Kühlung und Warmwasser kann es kostengünstig sein.
  • Die Nutzung ist vielfältig: Stromerzeugung und direkte Nutzung von Wärme.
  • Es kann gleichzeitig sowohl für die Stromerzeugung als auch für Direktanwendungen verwendet werden.
  • Es hat niedrige Betriebs- und Wartungskosten.
  • Für Geothermie-Kraftwerke besteht ein geringer Flächenbedarf.
  • Geothermie-Systeme können an entfernten Standorten installiert werden, ohne dass eine andere Infrastruktur erforderlich ist. Die Region kann ohne Verschmutzung gedeihen.
  • Geothermie kann leicht mit anderen Energiesystemen kombiniert werden.

(Lanterman & Lee, 2007)

Die derzeitige Nutzung der Geothermie kann in drei große Kategorien unterteilt werden, die auf der Zustelltemperatur vom Boden aus basieren:

Hochtemperaturanwendungen

Hohe Temperaturen werden hauptsächlich für Kraftwerke eingesetzt und erfordern Temperaturen von mehr als 150 ° C. Typischerweise liegen die verwendeten geothermischen Flüssigkeiten bei 200–280 ° C und sind in Bohrlöchern von 1 500–2500 m tief (Batchelor, 2005). Hochtemperaturreservoirs sind nur in Regionen mit aktivem Vulkanismus und tektonischen Ereignissen an den Hauptplatten oder Verwerfungsgrenzen zu finden (Batchelor, 2005).

Die Eigenschaften der hydrothermalen Ressourcen (wasser- und / oder dampfhaltige Ressourcen) bestimmen den Energiezyklus des Geothermiekraftwerks. An seltenen und räumlich begrenzten Standorten wird Trockendampf erzeugt, der direkt zum Drehen der Turbinen verwendet werden kann. In den meisten Fällen müssen die Warmwasservorräte jedoch durch Druckabsenkung entlüftet werden, um den erforderlichen Dampf zu erzeugen (Lund, 2009). Die geothermische Stromerzeugung macht zwar nur einen Bruchteil der Welt aus, ist aber in vielen Ländern lokal sehr wichtig.

Mitteltemperaturanwendungen

Temperaturen zwischen 40 und 150 ° C werden für großtechnische Heizungs- und Prozessanwendungen sowie für eine begrenzte Stromerzeugung verwendet. Einige Thermalquellen mit mittlerer Temperatur finden sich in den gleichen Regionen wie die Hochtemperaturreservoirs (Platten- und Störgrenzen), in denen die Wärmequelle beim Erreichen der Oberfläche stärker diffundiert oder weniger vollständig eingeschlossen ist (Collie, 1978). Eine andere Art von Mitteltemperaturreservoir gibt es, wo schlecht leitende Gesteinsschichten in der Kruste regionale Wärmeströme ansammeln (Collie, 1978).

Diese Ressourcen werden in Ländern wie Ungarn und Island intensiv für die Raum- und Fernwärmeerzeugung sowie für die Landwirtschaft eingesetzt. Der Unterschied zwischen Raum- und Fernwärme besteht darin, dass Raumheizungssysteme nur Wärme an eine Struktur liefern, wohingegen Fernheizungssysteme viele Strukturen aus einem gemeinsamen Satz von Bohrungen bedienen (Lanterman & Lee, 2007). Die Länder mit der höchsten Nutzung geothermischer Ressourcen bei mittleren Temperaturen für die direkte Nutzung sind China, die USA, Island und die Türkei, auf die 68% der direkt als Wärme genutzten Geothermie entfallen (Batchelor, 2007).

Anwendungen bei niedrigen Temperaturen

Niedrige Temperaturen werden bei Wärmepumpen in Bodenquellensystemen verwendet, um Heizen, Kühlen und Warmwasser bei Temperaturen unter 40 ° C bereitzustellen. Wenn die Bodentemperaturen, die für diese Anwendung erforderlich sind, sinken, wächst der Bereich, in dem die Nutzung geothermischer Anlagen möglich ist, schnell und eignet sich daher für den Einsatz in kleinen Räumen und sogar für den häuslichen Gebrauch an fast jedem Ort (Batchelor, 2007).

Die Systeme können entweder im offenen Kreislauf unter Verwendung von Grundwasser direkt durch einen Verdampferwärmetauscher oder im geschlossenen Kreislauf unter Verwendung einer Frostschutzmittelmischung auf Wasserbasis sein, die durch abgedichtete Rohre zirkuliert (Batchelor, 2007). Obwohl Systeme mit offenem Regelkreis den höchsten Energieertrag bieten, erfordern sie den höchsten finanziellen Aufwand und stellen die höchsten technischen Risiken dar (Boennec, 2008).

NB: Die Sonne trägt wesentlich dazu bei, dass bei diesen niedrigeren Temperaturen in der Erde gespeicherte Wärme gespeichert wird. Weitere Informationen finden Sie unter Erdwärmepumpen.

Umwelt- und ökonomische Überlegungen

Geothermie kann als saubere und umweltfreundliche Energiequelle betrachtet werden, da sie keine (oder minimalen) Treibhausgase (wie Kohlendioxid und Lachgas) erzeugt, da die Umwandlungs- und Nutzungsprozesse keine chemischen Reaktionen, insbesondere keine Verbrennung ( Lanterman & Lee, 2007). Es wird auch als erneuerbar und nachhaltig eingestuft (Lund, 2009). Darüber hinaus steht die Geothermie unabhängig von den Witterungsbedingungen kontinuierlich zur Verfügung. Dies steht im krassen Gegensatz zu Sonnen- und Windkraft.

Die Lärmbelästigung beim Bohren von Bohrlöchern ist kein Problem, da nur tagsüber gebohrt wird.

Der derzeitige wirtschaftliche Nutzen der Geothermie ist, dass sie flexibel ist und zentral (Kraftwerke) oder lokal (Fernwärme) genutzt werden kann, was die wirtschaftliche Entwicklung kleiner, isolierter Gemeinden fördert (Dincer et al., 2007). Je tiefer die Bohrungen erforderlich sind, desto kapitalintensiver sind die Systeme. Wenn sich die Technologie weiterentwickelt und niedrigere Temperaturen für die Stromerzeugung und Heizung verwendet werden, wird die wirtschaftlich günstigere Geothermie-Energie. Dies wird die Entwicklung abgelegener Gemeinden, die nicht an die wichtigsten Stromverteilungssysteme angeschlossen sind, weiter fördern.

Die meisten Emissionen von Geothermie-Kraftwerken sind mit den Kühltürmen verbunden, die Wasserdampf und möglicherweise Kohlendioxid, Schwefeldioxid, Stickoxide und Schwefelwasserstoff erzeugen, jedoch in einer Menge, die einen Bruchteil der Emissionen darstellt, die von mit fossilen Brennstoffen befeuerten Kraftwerken erzeugt werden (Lund, 2009). Geothermiekraftwerke sind im Allgemeinen auch nicht visuell aufdringlich, da sie sich in die Landschaft einfügen und Mindestflächen nutzen können (Lund, 2009).

Heizung und Warmwasserbereitung werfen nicht viele Umweltprobleme auf. Die Entnahme von Wärme führt zu einem vorübergehenden Abfall der Bodentemperaturen, aber in Zeiten geringer Wärmebedarf erholt sich der Boden teilweise durch unterirdische Wasserströmungen und geothermische Strömung (Boennec, 2008). Die Wassergewinnung wird auch so gesteuert, dass das Wasser in den meisten Fällen wieder in den Aquifer geleitet wird, wenn auch mit einer anderen Temperatur.

Abgesehen von den anfänglichen Installationskosten sind sie auch sehr wirtschaftlich, da keine Heiz- und Warmwasserrechnungen anfallen und die Wartungskosten niedrig sind.

Pfahlgründungen

Pfahlgründungen sind lange, schlanke, säulenartige Elemente in einem Fundament, die in den Boden eingebaut werden. Sie bestehen typischerweise aus Stahl oder Stahlbeton und möglicherweise aus Holz. Eine Stiftung wird als aufgetürmt beschrieben, wenn ihre Tiefe mehr als dreimal so groß ist (Atkinson, 2007).

Pfahlgründungen werden hauptsächlich verwendet, um die Lasten von einem Überbau durch schwache, komprimierbare Schichten oder Wasser auf stärkere, kompaktere, weniger komprimierbare und steife Böden oder Gesteine ​​in der Tiefe zu übertragen, wodurch die effektive Größe eines Fundaments erhöht und horizontalen Belastungen standgehalten wird (Tomlinson & amp; Woodward, 2008). Sie werden in sehr großen Gebäuden verwendet und in Situationen, in denen der Boden unter einem Gebäude nicht dazu geeignet ist, übermäßige Besiedlung zu verhindern.

Pfähle können nach ihrer Funktion klassifiziert werden:

  • Endlagerpfähle sind diejenigen, bei denen die Reibung am meisten Zeh entsteht.
  • Reibpfähle sind diejenigen, bei denen der größte Teil der Pfahltragfähigkeit durch Scherspannungen an den Flanken des Haufens entwickelt wird (Atkinson, 2007).

Es gibt zwei Arten von Pfahlgründungsinstallationen: Rammpfähle und Bohrpfähle:

  • Schlagpfähle werden normalerweise aus Betonfertigbeton hergestellt, der dann vor Ort in den Boden gehämmert wird.
  • Bohrpfähle werden in situ gegossen; der Boden wird aus dem Boden gebohrt, das Unterziehen erfolgt und dann wird der Beton in das Loch gegossen. Alternativ kann das Bohren des Bodens und das Eingießen des Betons gleichzeitig erfolgen. In diesem Fall werden die Pfähle als ständige, kampferhöhte (CFA) Pfähle bezeichnet (O 'Sullivan, 2010).

Die Wahl des verwendeten Pfahls hängt von der Lage und Art der Struktur, den Bodenverhältnissen, der Haltbarkeit der Materialien in der Umgebung und den Kosten ab. Die meisten Pfähle verwenden etwas Endlager und etwas Reibung, um der Wirkung von Lasten standzuhalten. Rammpfähle eignen sich für Offshore-Anwendungen, sind in weichen Quetschböden stabil und können lockere Böden verdichten. Bohrpfähle sind jedoch in städtischen Gebieten beliebter, da die Vibrationen minimal sind und sie bei begrenzter Stehhöhe eingesetzt werden können. Es besteht keine Gefahr der Hebung und die Länge kann leicht variiert werden (O 'Sullivan, 2010).

Geothermische Pfähle

Geothermische Pfähle bestehen aus Pfahlgründungen in Kombination mit geschlossenen Wärmepumpensystemen. Ihr Zweck besteht darin, das Gebäude zu unterstützen und als Wärmequelle und Wärmesenke zu fungieren. Die thermische Masse des Bodens ermöglicht es dem Gebäude, unerwünschte Wärme aus Kühlsystemen zu speichern, und Wärmepumpen können das Gebäude im Winter erwärmen (Boennec, 2008).

Im Allgemeinen entziehen Erdwärmepumpen, die in Wohngebäuden verwendet werden, über eine bestimmte Anzahl von Stunden pro Jahr Wärme aus dem Boden. Dies geschieht mithilfe von unterirdischen Rohren, die entweder horizontal oder vertikal in ein Loch im Boden verlegt werden (Boennec, 2008). Bei geothermischen Pfählen werden die Rohrschleifen senkrecht verlegt, damit sie in die Pfahlgründungen eingebaut werden können.

Bau von geothermischen Pfählen

Baupfähle werden zu Wärmetauschern, indem eine oder mehrere Schlaufen von Kunststoffrohren über ihre Länge hinzugefügt werden. Beim Bau von Geothermiepfählen sollten Pfahldurchmesser und -länge so ausgelegt sein, dass sie den aufgebrachten strukturellen Belastungen standhalten und nicht entsprechend den geothermischen Anforderungen erhöht werden. Beim Aufbau der Pfähle wird zunächst der Boden aus dem Boden gebohrt und ein starrer, geschweißter Verstärkungskäfig eingesetzt. Mehrere geschlossene Schlaufen aus Absorberrohren aus Polyethylen hoher Dichte aus Polyethylen (im Allgemeinen 25 mm Durchmesser und 2 bis 3 mm Wandstärke) werden dann gleichmäßig um die gesamte Tiefe des Verstärkungskäfigs befestigt.

Die Schleifen werden außerhalb des Standorts hergestellt und mit Wärmeträgerflüssigkeit (Wasser mit Frostschutzmittel oder Salzlösung) gefüllt und mit einem Sperrventil und einem Manometer an der Oberseite des Stapelkäfigs versehen. Vor dem Betonieren werden die Absorberrohre für einen Integritätstest mit Druck beaufschlagt und um einen Zusammenbruch aufgrund des flüssigen Betons zu verhindern. Dieser Druck wird aufrechterhalten, bis der Beton aushärtet und erneut aufgebracht wird, bevor die Absorberrohre endgültig eingeschlossen werden.

Beim Betonieren werden die Rohroberseiten zurückgehalten, um Beschädigungen zu vermeiden, und ein Tremie-Rohr wird an der Pfahlbasis platziert. Beton wird durch den Tremie gegossen und es wird angehoben, wenn der Beton den Haufen füllt. Sobald der Stapel fertiggestellt ist, werden die Absorberrohre an einen Wärmetauscher angeschlossen, der dann an einen sekundären Rohrleitungskreislauf in den Fußböden und an den Wänden des Gebäudes angeschlossen wird (Tomlinson & Woodward, 2008).

Funktionsweise von Erdwärmepumpen mit geschlossener Schleife

"Die geothermische Wärmetauschertechnologie ist die effizienteste Methode zum Erwärmen, Kühlen oder Kühlen von konditionierbarem Gehäuse" (Tinkler, 2007: S.753). Das Prinzip eines Erdwärmepumpensystems besteht darin, Wärme von und zur Erde zu übertragen. Bei kühlem Wetter wird die natürliche Wärme der Erde durch die Schleifen gesammelt und durch Wärmeträgerflüssigkeit zu einer Einheit im Gebäude transportiert. Dieses Gerät verwendet elektrisch angetriebene Kompressoren und Wärmetauscher, um die Erdwärme zu konzentrieren und bei höherer Temperatur in das Gebäude abzugeben.

Bei warmem Wetter wird der Vorgang umgekehrt, um das Gebäude zu kühlen. Die überschüssige Wärme wird dem Gebäude entzogen und über den Wärmetauscher in der Inneneinheit an die Wärmeträgerflüssigkeit übertragen. Die Wärme wandert dann entlang der Schleife und wird von der Erde aufgenommen.

Erdwärmepumpen haben zwar den gleichen Grundmechanismus wie Luftwärmepumpen, bieten jedoch den entscheidenden Vorteil, dass der Boden im Winter wärmer ist (und daher mehr Wärme liefern kann) und im Sommer kühler ist als die Luft (und daher auch) mehr Wärme aufnehmen können) (Lanterman & Lee, 2007).

Vorteile von Geothermiepfählen

Um die Auswirkungen des Klimawandels zu reduzieren, haben Planer, Aufsichtsbehörden und örtliche Behörden die Einbeziehung von Technologien zur CO2-Einsparung in neue Gebäude gefördert. Erdwärmepumpensysteme werden immer häufiger eingesetzt, weil sie erneuerbar und energieeffizient sind (Tinkler, 2007).

In Großbritannien haben viele Räte das "Merton-Gesetz" eingeführt, das vorschreibt, dass alle neuen mittleren und großen Gebäude zu 10% mit erneuerbaren Energien versorgt werden müssen (Boennec, 2008). Um dies zu erreichen, sind Geothermiepfähle für Entwickler in Innenstädten besonders attraktiv geworden, da die meisten großen Bauten bereits Pfahlgründungen erfordern, so dass diese die niedrigsten Gesamtkosten mit dem höchsten erneuerbaren Beitrag und dem geringsten räumlichen Bedarf bieten (Boennec, 2008).

Geothermische Pfähle sind langfristig auch wirtschaftlich von Vorteil. Obwohl sie im Allgemeinen ähnliche oder höhere Anfangsinvestitionskosten erfordern, haben sie niedrigere Betriebskosten und somit niedrigere Lebenszykluskosten als vergleichbare Systeme. Sie haben auch eine sehr lange Lebensdauer (Brandl, 2009).

Weitere Vorteile sind, dass aufgrund der niedrigen Temperaturen und Drücke und der Tatsache, dass die Absorberrohre in Beton eingebettet sind, die Gefahr von Rohrschäden und der Verschmutzung des Grundwassers praktisch nicht besteht. Der Komfort der Menschen kann aufgrund der niedrigeren Temperatur und der großen Oberfläche der beheizten Böden und Wände auch besser sein. Darüber hinaus sind sie platzsparend und optisch unauffällig.

Mögliche Herausforderungen und wie man sie überwinden kann

Es gibt einige potenzielle Herausforderungen, die beim Bau und bei der Verwendung von Erdwärmepfeilern auftreten können. Erstens gibt es Probleme im Zusammenhang mit der Neuheit dieser Technologie, nämlich, dass auf allen Ebenen der Beschaffungskette ein erheblicher Fachkräftemangel besteht. So ist es beispielsweise schwierig, gute Bohrer mit der richtigen Erfahrung zu finden, was zu überfluteten Baustellen, zum Ausfall von Bohrungen, zu beschädigten Rohren und schlecht funktionierenden Systemen führt (Boennec, 2008).

Designberater mangelt es auch an Schulungen, die, zusammen mit fehlenden britischen Designstandards, zu "offenen" Spezifikationen und unzureichender Integration von Erdwärmepumpen in Gebäude führen. Dies gibt den Auftragnehmern die Möglichkeit, Ausrüstung, Materialien und Verarbeitung in geringerer Qualität als erwartet zu liefern. Einige Auftragnehmer bieten Lösungen an, die die Kohlendioxidemissionen minimieren sollen, während andere ihr Angebot optimieren, um die Installationskosten zu minimieren. Der Verband der Erdwärmepumpen erkennt diese Probleme jedoch an und arbeitet mit der Industrie zusammen, um den Fachkräftemangel zu beheben. Beratung von Beratern, um Ingenieure besser auszubilden, strengere Spezifikationen zu erstellen und die Projektabwicklung sehr genau zu überwachen (Boennec, 2008).

Es gab auch erhebliche Bedenken hinsichtlich der Auswirkungen des zyklischen Erhitzens und Abkühlens auf die Florleistung. Die Auswirkungen dieser wiederholten Erwärmung und Abkühlung wurden in zwei wichtigen Studien untersucht: 2006 an der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Lausanne und 2009 am Lambeth College in London.

In Lausanne wurden während des Baus des Gebäudes in regelmäßigen Abständen thermische Tests an einem einzigen geothermischen Testpfahl durchgeführt: Heiz- und Erholungszyklen wurden angewendet, da die Pfähle mit zunehmenden Lasten belastet wurden (Bourne-Webb et al., 2009). Diese Studie hat gezeigt, dass die thermischen Belastungen von Erdwärmepfählen zusätzliche Spannungen auf umgebenden Baupfählen induzieren, wodurch die seitliche Reibung abnimmt. Es wurde bestätigt, dass geothermische Pfähle so ausgelegt werden können, dass sie diese thermischen Effekte absorbieren, ohne dass die Fundamente übermäßig nachgeben (Boennec, 2008).

Im Lambeth College-Projekt befanden sich insgesamt 146 Pfähle in einer Tiefe von 25 Metern. Die Untersuchung der Stapelreaktion auf Wärmezyklen wurde von Faber Maunsell, Skanska Cementation und Geothermal International (Boennec, 2008) durchgeführt. Es wurden sieben Wochen lang Pfahlbelastungstests durchgeführt, bei denen Temperaturzyklen während einer längeren Zeitdauer der ununterbrochenen Belastung durchgeführt wurden. Es wurde festgestellt, dass beim Erwärmen des Pfahls zusätzlich zu den Spannungen aufgrund statischer Beanspruchung Betonspannungen erzeugt wurden. Die während der thermischen Wechselbeanspruchung an der Grenzfläche zwischen Pfahl und Boden mobilisierten Schubspannungen waren jedoch nicht übermäßig groß, und es wurde der Schluss gezogen, dass die geotechnische Kapazität der Pfähle unwahrscheinlich ist und dass es zu einer minimalen Besiedlung kam (Bourne-Webb, 2009).

Ein weiteres Problem ist das Risiko einer langfristigen „Erderwärmung unter der Erde“ oder „Abkühlung unter der Erde unter der Erde“, die durch ein Ungleichgewicht in den Heiz- und Kühlanforderungen der darüber liegenden Gebäude verursacht wird, insbesondere wenn Geothermiepfähle zunehmen beliebt in dicht besiedelten Gebieten. Die Lösung für dieses Problem besteht darin, das Profil von Gebäuden, die von Geothermiepfählen in der Umgebung bedient werden, zu diversifizieren und die Gebäude so zu gestalten, dass der Heiz- und Kühlbedarf ausgeglichen ist (z. B. Wasser, wenn der Kühlbedarf hoch ist.) Heizung in das System, um dies auszugleichen).

Wenn diese Strategien jedoch langfristig scheitern, kann der Boden künstlich auf seine ungestörte Temperatur zurückgefahren werden, indem Trockenkühler verwendet werden, um den Boden abzukühlen oder die Abwärme wieder abzukühlen, wenn der Wärmebedarf über das Jahr ungleichmäßig ist (z. B. Asphalt) Solarkollektorsysteme) (Boennec, 2008).

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