Energiespundwand

Energiespundwände bestehen aus handelsüblichen Spundbohlen, die bereits werkseitig mit Absorberrohren ausgestattet werden und damit das bewährte Prinzip thermisch aktivierter Betonbauteile auf die Technik des Spundwandverbaus übertragen. Spundwände werden in der Regel als dichtendes Bauteil bei anstehendem Grundwasser eingesetzt und befinden sich somit meist in energetisch günstigem Untergrund. Im Bereich des Hafen- oder Wasserbaus besteht sogar ein direkter Kontakt zu einem Oberflächengewässer. Aufgrund der hohen Wärmekapazität von Wasser und des stabilen Temperaturregimes besitzen Oberflächen-gewässer ein besonders großes thermisches Energiepotential. Im Gegensatz zum Unter-grund, der zunehmend durch geothermische Anlagen erschlossen wird, bleibt das thermische Energiepotential offener Gewässer aber bislang noch weitgehend ungenutzt. 

Energiespundwände können bei Neubau, Aufrüstung oder Instandsetzung von Spundwand-bauwerken eingesetzt werden. Für die nachträgliche thermische Aktivierung und Aufrüstung bestehender Bauwerke mit Kontakt zu einem offenen Gewässer stehen außerdem vorgefertigte Anbauelemente zur Verfügung. Diese werden durch einfaches Vorhängen auf der Wasserseite und damit direkt im offenen Gewässer installiert. 

Mit den patentierten Systeme zur thermischen Aktivierung von Spundwänden steht eine effiziente und nachhaltige Möglichkeit zur dezentralen Erschließung des oberflächennahen Untergrunds und insbesondere offener Gewässer zur Verfügung, um dauerhaft saubere erneuerbare Energie für die Gebäudeklimatisierung bereitzustellen. 

Um das internationale Ziel zu erreichen, die Erderwärmung auf 1,5 °C zu begrenzen, sollen im Rahmen der Energiewende die fossile Energieversorgung schrittweise reduziert und gleichzeitig der Ausbau erneuerbarer Energien beschleunigt werden. In diesem Kontext ist auch die geotechnische Disziplin gefordert, durch nachhaltige Methoden und innovative Ansätze im Spezialtiefbau einen wirksamen Beitrag zur Reduzierung von CO2-Emissionen und damit zum Klimaschutz zu leisten. 

In Deutschland wird ein Großteil der Endenergie zur Bereitstellung von Wärme (Raumwärme und Warmwasser) oder Kälte verbraucht. Eine Alternative zum Einsatz fossiler Energieträger für die Gebäudeklimatisierung ist die Erschließung oberflächennaher Geothermie. Zu diesem Zweck werden im Spezialtiefbau immer häufiger erdberührende Bauteile thermisch aktiviert. Dabei werden Absorberrohre in der Regel in ohnehin erforderliche, statisch oder dichtend wirkende Betonbauteile integriert. Diese Absorberrohre bilden später den geschlossenen Primärkreislauf einer geothermischen Anlage, durch den ein temperiertes Wärmeträgerfluid 

zirkuliert. Im Heizfall wird über den Primärkreislauf Energie in Form von Wärme aus der Umgebung entzogen, wodurch sich das Fluid erwärmt. Um die im Primärkreislauf erzielte Fluidtemperatur auf die im Heizkreislauf eines Gebäudes benötigte Temperatur anzuheben, wird eine Wärmepumpe benötigt. Mit dieser wird Energie in Form von Wärme von einem niedrigen Temperaturniveau unter Zufuhr von Antriebsenergie auf ein höheres Temperatur-niveau gebracht. Die Jahresarbeitszahl drückt das Verhältnis aus der von der Wärmepumpe in einem Jahr bereitgestellten Energie zu der dafür benötigten Antriebsenergie aus. Aus Gründen der Effizienz wird eine Jahresarbeitszahl von mindestens 4 angestrebt, die mit Energiespundwänden bei fachgerechter Auslegung auch erzielt wird. 

Mit den Energiespundwänden steht daher ein besonders effizientes und wirtschaftliches System für den Einsatz im Primärkreislauf einer geothermischen Anlage zur Verfügung. Die thermische Aktivierung von Spundwänden kann somit einen wirksamen Beitrag zur Energiewende und zum Erreichen internationaler Klimaschutzziele leisten. 

Auf den Gebieten der Geohydraulik, der Baugrundvereisung und der oberflächennahen Geothermie verfügt die ZAI sowohl durch intensive Forschung als auch durch planerische, beratende und gutachterliche Tätigkeiten über umfangreiches Wissen und Methoden-kompetenz. Die Leistungsfähigkeit thermisch aktivierter Spundwände wurde in diesem Zusammenhang durch Prof. Ziegler und Dr. Koppmann im Rahmen eines inzwischen abgeschlossenen Forschungsvorhabens am Lehrstuhl für Geotechnik im Bauwesen der RWTH Aachen University in großmaßstäblichen Versuchen nachgewiesen. Im gleichen Vorhaben wurde mit der Realisierung von Pilotanlagen in Bergfelde (Brandenburg) und Feldberg (Mecklenburg-Vorpommern) darüber hinaus auch erfolgreich die Praxistauglichkeit der Systeme bestätigt. Über die Ergebnisse und Berechnungsansätze zur Bemessung solcher Anlagen hat Dr. Koppmann seine Dissertation verfasst, die er im Sommer 2021 mit Auszeichnung abschließen konnte. 

Im Havelquartier Potsdam werden auf einem unmittelbar an die Havel grenzenden Grundstück mit einer Gesamtfläche von ca. 70.000 m² sechs neue Gebäudekomplexe errichtet. Im Rahmen des Bauvorhabens wird derzeit auch das erste Großprojekt in Deutschland mit Energiespundwänden mit Kontakt zu einem offenen Gewässer umgesetzt. Dabei werden insgesamt 150 laufende Meter der neuen Uferspundwand an der Havel thermisch aktiviert. Im weiteren Projektverlauf soll das System zur Beheizung und Kühlung eines neuen Gebäudeblocks eingesetzt werden. Die ZAI hat in diesem Projekt hauptverantwortlich die Planung und Bemessung der thermischen Aktivierung in den Leistungsphasen 2 bis 7 durchgeführt. 

Wenn Sie sich für das Thema der thermisch aktivierten Spundwände interessieren, ist die ZAI Ziegler und Aulbach Ingenieurgesellschaft mbH Ihr kompetenter Ansprechpartner. Unser Leistungsspektrum umfasst unter anderem Voruntersuchungen, Machbarkeitsstudien, die thermische und hydraulische Bemessung sowie die Leistungsphasen der Entwurfs-, Genehmigungs- und Ausführungsplanung. Dabei greifen wir insbesondere auf unsere Erfahrungen aus Forschungsvorhaben und den bisher realisierten Projekten sowie auf eigene Entwicklungen zur Bemessung zurück. Darüber hinaus arbeiten wir eng mit unserem Kooperationspartner und Patentinhaber zur thermischen Aktivierung von Spundwänden, der FET Future Energy Technologies PLC zusammen.
 

Lassen sie uns zusammen die Energiewende
thermisch aktiviert mitgestalten! 

Koppmann, 2021. Dissertation.
Untersuchung der thermischen Aktivierung von Stahlspundwänden.
Link zur PDF 

Ziegler et. al., 2019. ECSMGE.
Energy sheet pile walls - Experimental and numerical investigation of innovative energy geostructures.
Link zur PDF 

Koppmann et. al., 2019:
Untersuchungen zum Einsatz thermisch aktivierter Spundwände als innovative Möglichkeit zur regenerativen Energiegewinnung. HTG-Kongress 2019, Lübeck 11.09 – 13.09.2019.
Seiten 228-237. 

Koppmann et. al., 2018:
Experimentelle und numerische Untersuchung von Energiespundwänden. 35. Baugrundtagung, Vorträge: Geotechnik trifft Zukunft. Stuttgart 26.
- 29.09.2018. DGGT, Deutsche Gesellschaft für Geotechnik e.V.. Seiten 305-312.

Unser Kooperationspartner Future Energy Technologies PLC:
https://energie-spundwand.de/

Das Havelquartier Potsdam:
https://www.hq-potsdam.de/

Die Energiespundwand im Lexikon der Geothermie: https://www.geothermie.de/bibliothek/lexikon-der-geothermie/e/energiespundwand.html