Beschreibung des Forschungsvorhabens

Der Fokus des geplanten Projektes liegt auf einer Installation und Überwachung einer innovativen Schnee- und Eisfreihaltung einer Feuerwehrrampe mittels selbst zirkulierenden Wärmerohren am Standort Bad Waldsee (De-Ice Pipe). Die Wärmerohre sollen mit einem intelligenten Meßsystem ausgestattet werden, um sämtliche relevanten Prozesse erfassen, bewerten und dokumentieren zu können. Mittels des Vorläuferprojekt „Tiefe CO2-Erdwärmesonde am Standort Triberg-Nussbach“ wurde erstmalig eine CO2–Sonde bis in einer Teufe über 250 Meter realisiert. Die Erfahrungen und Erkenntnisse sollen direkt bei der Umsetzung der Schnee- und Eisfreihaltung der Feuerwehrrampe genutzt und integriert werden.

Generell soll der innovative und viel versprechende Ansatz einer CO2-Erdwärmesonde nach dem Prinzip des Wärmerohrs ausgenutzt werden. Eine nach dem Prinzip des Wärmerohrs aufgebaute vertikale Erdwärmesonde mit CO2 als Wärmeträger nutzt für den Energietransport den Phasenwechsel von „kalten“ flüssigen CO2 in „warmes“ gasförmiges CO2. In der Heizzone (Erdreich) verdampftes CO2 steigt an die Oberfläche. Im Gegensatz zum Vorläufervorhaben, bei der das Wärmerohr über den Verdampferkreislauf der Wärmepumpe gekühlt wurde, ist die Kühlzone im Projekt De-Ice Pipe rein meteorologisch bedingt, da der Wärmerohrkreislauf direkt in die Rampenfläche integriert wird (Direktverdampferwärmerohrsystem). Sinkt die Temperatur unter die Kondensationstemperatur der CO2-Phase im Wärmerohr, startet der selbsttätige Wärmerohrkreislauf und beheizt die Rampe (Abb. 1). 

Abb. 1: Schematischer Ansicht möglicher Wärmerohrkonzepte für die selbsttätige Schnee- und Eisfreihaltung der Feuerwehrrampe in Bad Waldsee. 

Bei richtiger Auslegung und Dimensionierung des Wärmerohrsystems erhält man eine selbstlaufende Schnee- und Eisfreihaltung, zu deren Aufrechterhaltung kein weiterer Energieeinsatz notwendig ist. Läuft ein solches System optimal, sind nur einmalige Investitions- und Installationskosten notwendig. Die Beheizung erfolgt allein durch die im Untergrund vorhandene, erneuerbare Erdwärme, die mittels der Wärmerohre pumpenlos und damit ohne zusätzliche elektrische Antriebsenergie verfügbar gemacht werden kann. 

Die CO2 Wärmerohre werden mit der gleichen Technik wie Sole-Erdwärmesonden vertikal eingebracht. Die Schnee- und Eisfreihaltung mittels Wärmerohre ist besonders nachhaltig gerade unter Umwelt- und energetischen Gesichtspunkten,

• Der Einsatz umweltschädlicher Tausalze kann minimiert werden (eventuell bei extremen Wetterbedingungen notwendig)
• Eine händische und maschinelle Räumung ist kaum mehr erforderlich (eventuell bei extremen Wetterbedingungen notwendig)
• CO2 Wärmerohre sind völlig ungefährlich für Grundwasser und somit prinzipiell auch für Grundwasserschongebiete geeignet.

Können kostengünstige und effiziente Wärmerohrsystemkonzepte entwickelt werden, ergeben sich eine Reihe von nachhaltigen Einsatzmöglichkeiten bzw. Verwertungsmöglichkeiten dieser äußerst innovativen Schnee- und Eisfreihaltung, z. B.,

• Einsatz bei Brücken (besonders interessant, da Brücken aufgrund ihrer Exposition schneller als Strassen vereisen)
• Einsatz bei Strassen (insbesondere bei Gefälle, gefährlichen Kreuzungen)
• Weitere Parkflächen, Einfahrten (insbesondere Feuerwehr, Krankenhaus, Polizeieinfahrten, etc.)
• Bahnsteige, Weichen, etc.

In Bad Waldsee soll eine innovative Wärmerohrlösung zur Beheizung einer Feuerwehr entwickelt, installiert und schließlich überwacht werden. Ferner sollen neue, solarthermisch unterstützte Untergrundregenerationstechniken am Standort getestet werden. Mit der Umsetzung des Vorhabens würde ein wichtiger Impuls zur nachhaltigen Nutzung von erdwärmegestützter ressourcen- und umweltschonender Lösungen gegeben werden.

Kooperationspartner

EIfER (European Institute for Energy Research) www.eifer.uni-karlsruhe.de, Karlsruhe

FKW - Forschungszentrum für Kältetechnik und Wärmepumpen, Hannover

Elger Architekturbüro, Bad Waldsee

EnBW Energie Baden-Württemberg AG

Schlagwörter

Oberflächennahe Geothermie

Eisfreihaltung

CO2-Erdwärmesonde

Wärmerohr

Temperaturmessungen

Faseroptische Temperaturmessung