Beschreibung

Die Ermittlung der minimal zulässigen Zulauftemperatur von Erdwärmesonden unter der Prämisse (a) einer Frostvermeidung im Verfüllmaterial und im Untergrund sowie (b) einer ausreichend geringen Systemdurchlässigkeit im Verfüllmaterial und in den Kontaktzonen zwischen Verfüllmaterial und Bohrlochwandung bzw. Sondenrohren erfordert eine eingehende Untersuchung von unterschiedlichen geometrischen sowie material- und betriebsbedingten Randbedingungen einer Erdwärmesonde. Hierzu ist ein zweistufiger Aufbau von Laborexperimenten vorgesehen, der - jeweils ergänzt durch numerische Simulationen - das Verhalten von Erdwärmesondenverfüllbaustoffen unter Temperaturdehnungen und Frost- Tauwechseln beschreib- und berechenbar macht. Die physikalischen Prozesse des Frost-Tauwechsels werden hierbei durch die Entwicklung eines Modellierungsansatzes zur Berücksichtigung des Phasenwechsels im Verfüllbaustoff erfasst. Mit den so gewonnenen Erkenntnissen werden im Anschluss Berechnungen unter Variation der geotechnischen und hydrogeologischen Randbedingungen durchgeführt, um abschließende Aussagen zur minimalen Zulauftemperatur zu erhalten, unter denen im Sinne eines intakten Baugrund/Verfüllungssystems ein sicherer Betrieb einer Erdwärmesonde möglich ist. In TP3 (IGS): " Multiphysiksimulationen zur Beschreibung der Erdwärmesonde-Verfüllbaustoff-Boden-Interaktion bei niedrigen Betriebstemperaturen" untersucht das IGS die Ergebnisse von AP 1 und AP 4 auf der Basis eines thermisch-mechanisch-hydraulisch gekoppelten Modells und entwickelt einen semiempirischen Ansatz zur Berücksichtigung des Phasenwechsels bei thermisch-hydraulisch gekoppelten Berechnungen. Darüber hinaus erfolgt die Untersuchung der Rissbildung zwischen Boden und Verfüllmaterial.