Geothermische Simulation einer Energiepfahlanlage

Für ein Bürogebäude in Böblingen wurde 2013 eine Energiepfahlanlage realisiert. Das Gebäude gründet auf 114 Stahlbetonpfählen, die in den Gipskeuper einbinden. Um die zulässige Belastung aus der thermischen Untergrundnutzung bei der geplanten ca. 200 MWh/a-Anlage zu bestimmen, wurde ein gekoppeltes stationär/instationäres Grundwasserströmungs- und Wärmetransport-Modell mit finiten Elementen zur thermischen Simulation über den Zeitraum von 30 Jahren erstellt. Die Umgebung wird bei einer alleinigen Nutzung zur Kühlung zu stark thermisch beeinflusst. Wegen des langsamen Strömens des Grundwassers entsteht eine Temperaturfahne bis weit außerhalb des Baufelds. Nach Berechnung von Prognosevarianten mit unterschiedlicher monatlicher Verteilung der Grundlasten für Kühlen und Heizen erwies sich eine ausgeglichene Belastung mit ähnlichem Betrag an Kühl- und Heizlast als die empfehlenswerte Variante, die rechnerisch kaum noch Auswirkungen außerhalb des Baufelds zeigt. Es wird nach etwa zehn Jahren ein stationärer Zustand erreicht. Die Temperaturfelder eng benachbarter Energiepfähle überlagern sich so stark, dass eine effiziente Ausbeute nicht mehr möglich ist. FE-Berechnungen sind somit ein adäquates Werkzeug zur Planung und Optimierung des geothermischen Betriebs einer Energiepfahlanlage. Das Temperaturmonitoring im Untergrund über eingebaute Glasfaserkabel wird in den kommenden Jahren den Vergleich zwischen prognostizierter und tatsächlicher Temperaturentwicklung erlauben.