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StartseiteForschung aktuellKlimaanlage aus dem Tunnel21.08.2013

Klimaanlage aus dem Tunnel

Stuttgarter Forscher erproben Geothermieanlage in der U-Bahn

Die Schweizer machen's vor: Straßentunnel in den Bergen nutzen die Eidgenossen für geothermische Klimatisierung. Hierzulande haben sich Stuttgarter Forscher der noch recht jungen Disziplin der Tunnelgeothermie angenommen. Beim Bau eines Stadtbahntunnels wurden zwei Teststrecken installiert, um die Nutzung der Erdwärme in der Klimatisierung zu erproben.

Von Leonie Seng

Am Schweizer Gotthard-Tunnel wird die Tunnelwärme bereits genutzt. (AP Archiv)
Am Schweizer Gotthard-Tunnel wird die Tunnelwärme bereits genutzt. (AP Archiv)
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Die Schweizer machen's vor: Straßentunnel in den Bergen lassen sich für geothermische Klimatisierung verwenden. Auch in Österreich wird bereits ein Gebäude durch Wärme aus dem Jenbachtunnel beheizt. Hierzulande haben sich Stuttgarter Forscher der noch recht jungen Disziplin der Tunnelgeothermie angenommen. Beim Bau eines Straßenbahntunnels haben sie zwei Teststrecken installiert, mit denen sie jetzt die Nutzung der Erdwärme testen.

"Die Überlegung war so entstanden, dass wir in der Zukunft Energiequellen brauchen, die wir als erneuerbar einschätzen. Wir suchen Energiequellen, aus denen wir Wärme, aber vor allem auch Kälte entnehmen können. Insbesondere die Bereitstellung von Kälte ist relativ schwierig. Und Geothermie ist eine der Varianten, mit der wir so etwas lösen könnten."

Professor Michael Schmidt, Leiter des Instituts für Gebäudeenergetik an der Universität Stuttgart, erprobt mit seinen Kollegen eine besondere Form von Geothermie: die Gewinnung von Erdwärme aus einem Tunnel. Beim Bau des Stadtbahntunnels für die Linie U6, im Stuttgarter Stadtteil Fasanenhof, ließen die Forscher ein System von Kunststoffrohren in die Tunnelwand einbetten, erklärt Schmidt:

"Eine mäanderförmige Verrohrung aus Kunststoffrohren - ein Laie würde sagen, das geht so zickzack-förmig an der Wand entlang."

Die Rohre sind etwa daumendick. Durch sie fließt Wasser, das die Wärme aus der Erde um den Tunnel herum oder auch aus der Tunnelluft aufnehmen kann. Mittels einer Pumpe wird das Wasser an die Erdoberfläche befördert. Von dort aus kann es im Winter zum Heizen in Gebäude geleitet werden. Soll es im Sommer hingegen kühl werden, kann man den Gebäuden Wärme entziehen und diese über das Rohrsystem in die Erde leiten. - So zumindest die Theorie, denn bislang läuft die Klimatisierung von Gebäuden nur in einer Simulation am Computer.

Zwei Teststrecken à zehn Meter Tunnelwand haben die Stuttgarter Forscher mit den Rohren ausgestattet. Außerdem wurden Sensoren für die Temperaturmessungen um den Tunnel herum angebracht. Anschließend wurde die Tunnelwand mit einer weiteren Schicht Beton verkleidet. Schmidt erläutert:

"Wenn man also heute durch den Tunnel durchfährt, sieht man davon gar nichts. "

Was man heute allerdings durchaus noch sehen kann, ist der Raum, an dem die Rohre aus der Erde an die Oberfläche gelangen; an der Haltestelle Europaplatz in Stuttgart Fasanenhof.

"So, das ist jetzt unser Messraum",

erklärt Silke Rott, Diplomingenieurin und wissenschaftliche Mitarbeiterin am Institut für Gebäudeenergetik. Im Messraum hängen überall Schaltschränke an der Wand. Rohre unterschiedlicher Dicken und Längen treten scheinbar wahllos aus den Wänden hervor und verschwinden woanders wieder. Frau Rott steht neben der Wärmepumpe, die das warme Wasser aus der Erde nach oben pumpt. Der Fasanenhoftunnel liegt nur fünf bis zehn Meter unter der Oberfläche. Daher beträgt die Temperatur der Erde auch nur zwölf Grad. Um damit tatsächlich Gebäude heizen zu können, müsste das Wasser noch zusätzlich erwärmt werden.

Mittels einer speziellen Software am Computer messen die Forscher außerdem, wie stark sich das Wasser abkühlt, wenn sie es schon vor dem Eintritt in die Erde erwärmen. Das wäre zum Beispiel der Fall, wenn einem Gebäude zur Kühlung Wärme entzogen wird, die dann in die Erde geleitet wird. Silke Rott beschreibt ein Diagramm auf dem Computerbildschirm:

"Man sieht jetzt hier zum Beispiel diese rote Linie, das ist unsere Vorlauftemperatur, diese 25 Grad. Das ist jetzt konstant, ich hab es schon seit ein paar Tagen so an. Die Rücklauftemperatur, das ist die blaue, die liegt momentan bei 21,6. Also durch das Erdreich wird die Temperatur um etwas mehr als drei Kelvin verringert."

Anhand von Messungen mit verschiedenen Vorlauftemperaturen versuchen die Forscher zu berechnen, wie viel Wärme sie nach unten leiten können, ohne allzu große Veränderungen der umliegenden Erdtemperatur hervorzurufen. Michael Schmidt:

"Wir verursachen mit Sicherheit eine Veränderung, was wir im Moment noch nicht wissen ist, wie viel. Bei allen geothermischen Nutzungen ist immer eine der Nebenbedingung, die wir erfüllen müssen, dass wir keine langfristige Veränderung der Erdreichtemperatur zu verursachen."

Ob und in welchem Maß langfristige Folgen abgeschätzt werden können, ist unklar. Ähnliche Projekte aus den Nachbarländern wie der Jenbachtunnel in Österreich oder der Gotthard-Straßentunnel in der Schweiz zeigen jedoch, dass der Betrieb auch dauerhaft funktionieren kann.

Theoretisch könnte auch die Wärme, die der Erde im Sommer durch die Gebäudekühlung zugeführt wird, im Winter wiederum für die Heizung von Gebäuden verwendet werden. Doch auch das müssen die Forscher erst noch testen. Das Stuttgarter Tunnelgeothermie-Projekt läuft noch bis 2015.

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