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Experimentelle und numerische Untersuchungen zum Wärmetransportverhalten oberflächennaher, durchströmter Böden

Huber, Heiko (2013):
Experimentelle und numerische Untersuchungen zum Wärmetransportverhalten oberflächennaher, durchströmter Böden.
Darmstadt, Eigenverlag, TU Darmstadt, In: Mitteilungen des Instituts für Werkstoffe und Mechanik im Bauwesen der Technischen Universität Darmstadt, ISBN 1433 - 7789,
[Online-Edition: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/3269/],
[Ph.D. Thesis]

Abstract

Durch experimentelle Untersuchungen in einem Wärmeleitungs- und Wärmeströmungsversuchs-stand wurde eine umfangreiche Datenbasis grundwasserdurchströmter geothermischer Systeme geschaffen. Die experimentellen Untersuchungen konzentrierten sich auf praxisrelevante Strö-mungsgeschwindigkeiten und Heizleistungsbereiche, um eine sinnvolle Erweiterung der aktuell ver-fügbaren Messdaten zu erreichen. Mit Hilfe von experimentellen Untersuchungen in zwei geothermi-schen Feldversuchsständen konnte die Übertragbarkeit der Datenbasis auf geothermische Systeme in-situ festgestellt werden. Durch ein anhand der experimentellen Daten kalibriertes und validiertes numerisches Modell konnte die geschaffene Datenbasis in numerischen Untersuchungen über die experimentellen Untersuchungsgrenzen von Mittel- bis Grobsand hinaus auf Schluff, Feinsand und Kies übertragen werden.

Auf Grundlage der Datenbasis wurden Empfehlungen zur Dimensionierung geothermischer Systeme unter Berücksichtigung der Grundwasserfließgeschwindigkeit entwickelt. Der Zusammenhang der Zunahme der effektiven Wärmeleitfähigkeit von Sanden in Abhängigkeit der Grundwasserfließge-schwindigkeit wurde quantitativ erfasst und in tabellarischer Form für schwach wasserführende, wasserführende und stark wasserführende Sande zusammengefasst. Somit ist es bei der Anwen-dung in der Ingenieurpraxis möglich, nicht nur entsprechend gängiger Tabellenwerke zwischen Wärmeleitfähigkeiten für trockenen, feuchten oder wassergesättigten Sand zu differenzieren, son-dern auch zwischen effektiven Wärmeleitfähigkeiten schwach wasserführender, wasserführender und stark wasserführender Sande zu unterscheiden, was einen wichtigen Beitrag zur Weiterent-wicklung der rationellen Energieverwendung darstellt.

Item Type: Ph.D. Thesis
Erschienen: 2013
Creators: Huber, Heiko
Title: Experimentelle und numerische Untersuchungen zum Wärmetransportverhalten oberflächennaher, durchströmter Böden
Language: German
Abstract:

Durch experimentelle Untersuchungen in einem Wärmeleitungs- und Wärmeströmungsversuchs-stand wurde eine umfangreiche Datenbasis grundwasserdurchströmter geothermischer Systeme geschaffen. Die experimentellen Untersuchungen konzentrierten sich auf praxisrelevante Strö-mungsgeschwindigkeiten und Heizleistungsbereiche, um eine sinnvolle Erweiterung der aktuell ver-fügbaren Messdaten zu erreichen. Mit Hilfe von experimentellen Untersuchungen in zwei geothermi-schen Feldversuchsständen konnte die Übertragbarkeit der Datenbasis auf geothermische Systeme in-situ festgestellt werden. Durch ein anhand der experimentellen Daten kalibriertes und validiertes numerisches Modell konnte die geschaffene Datenbasis in numerischen Untersuchungen über die experimentellen Untersuchungsgrenzen von Mittel- bis Grobsand hinaus auf Schluff, Feinsand und Kies übertragen werden.

Auf Grundlage der Datenbasis wurden Empfehlungen zur Dimensionierung geothermischer Systeme unter Berücksichtigung der Grundwasserfließgeschwindigkeit entwickelt. Der Zusammenhang der Zunahme der effektiven Wärmeleitfähigkeit von Sanden in Abhängigkeit der Grundwasserfließge-schwindigkeit wurde quantitativ erfasst und in tabellarischer Form für schwach wasserführende, wasserführende und stark wasserführende Sande zusammengefasst. Somit ist es bei der Anwen-dung in der Ingenieurpraxis möglich, nicht nur entsprechend gängiger Tabellenwerke zwischen Wärmeleitfähigkeiten für trockenen, feuchten oder wassergesättigten Sand zu differenzieren, son-dern auch zwischen effektiven Wärmeleitfähigkeiten schwach wasserführender, wasserführender und stark wasserführender Sande zu unterscheiden, was einen wichtigen Beitrag zur Weiterent-wicklung der rationellen Energieverwendung darstellt.

Series Name: Mitteilungen des Instituts für Werkstoffe und Mechanik im Bauwesen der Technischen Universität Darmstadt
Number: 40
Place of Publication: Darmstadt
Publisher: Eigenverlag
ISBN: 1433 - 7789
Divisions: 13 Department of Civil and Environmental Engineering Sciences > Institute of Steel Constructions and Material Mechanics > Fachgebiet Werkstoffmechanik
13 Department of Civil and Environmental Engineering Sciences
13 Department of Civil and Environmental Engineering Sciences > Institute of Steel Constructions and Material Mechanics
Date Deposited: 18 Mar 2013 16:27
Official URL: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/3269/
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-32691
License: Creative Commons: Attribution-No Derivative Works 3.0
Referees: Arslan, Prof. Dr. Ulvi and Sass, Prof. Dr. Ingo and Schneider, Prof. Dr. Jens
Refereed / Verteidigung / mdl. Prüfung: 18 December 2012
Alternative Abstract:
Alternative abstract Language
An extensive database of groundwater influenced geothermal systems was developed by the experimental investigation with a conduction and convection laboratory device. The experimental investigation concentrated on groundwater flow velocities and thermal loads with practical relevance, thereby being a reasonable extension for currently available measuring data concerning groundwater flow influenced geothermal systems. The transferability of the database to geothermal systems in-situ was proofed via experimental investigation in two geothermal field test sites. By the means of a numerical model, which was calibrated and validated with the experimental database, an extension of the experimental investigation range of middle to coarse sand was reached to silt, fine sand and gravel. With help of the database recommendations for the dimensioning of groundwater influenced geothermal systems were given. The correlation between the increase of the effective thermal conductivity of sands and the groundwater flow velocity was quantitatively determined and summarized in tabular form for weakly aquiferous, aquiferous and strongly aquiferous sands. Therefore, it is possible to distinguish in practical engineering between effective thermal conductivities not only for dry, moist and water-saturated sand according to common literature but also for weakly aquiferous, aquiferous and strongly aquiferous sands, which means an important contribution to the development of renewable energies. English
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