Mein Zukunft Bau

Energetische Einsparpotentiale bei der Herstellung komplizierter Untergeschosskonstruktionen mit Hilfe des Vereisungsverfahrens

Projektnummer

F20-10-1-143; 10.08.18.7-11.05

 

Laufzeit / Status

08.2011 - 09.2013 / abgeschlossen

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Projektdetails

Beteiligte

TH Aachen, Lehrstuhl für Geotechnik im Bauwesen und Institut für Grundbau, Bodenmechanik, Felsmechanik und Verkehrswasserbau (Bearbeiter)

 

Prof. Dr.-Ing. Martin Ziegler (Bearbeiter)

Dipl.-Ing. Rebecca Schüller (Bearbeiter)

Cluster

Nachhaltiges Bauen, Bauqualität

Projektbeschreibung

In jüngerer Zeit gewinnt das Vereisungsverfahren im Bereich der Sicherung komplizierter Baugruben im Grundwasser immer weiter an Bedeutung. Ein Ausschlusskriterium für den planmäßigen Einsatz stellen oftmals der zu hoch eingeschätzte Energieverbrauch und die damit verbundenen Kosten der Vereisungsmaßnahme dar. Das Ziel dieses Forschungsprojekts war die zeitliche und energetische Optimierung von Vereisungsmaßnahmen im Vorfeld der Ausführung, um den planmäßigen Einsatz durch eine Erhöhung der Wirtschaftlichkeit des Verfahrens zu steigern. Aufbauend auf einer Analyse des Status Quo zur Abschätzung der Kühlleistung bei Vereisungsmaßnahmen wurde das Programmsystem SHEMAT um ein numerisches Lösungsmodelle zur realitätsnahen Bestimmung der Kühlleistung in Zusammenarbeit mit der Geophysica Beratungsgesellschaft mbH erweitert. Die Lösungsmodelle wurden durch die Nachrechnung eines Modellversuchs der ETH-Zürich verifiziert. Weiterhin wurde eine reale Baumaßnahme simuliert, die weiteren Optimierungsbedarf aufgezeigt hat. Mit den vorliegenden Lösungsmodellen wurde dann eine Parameterstudie zur Bestimmung der maßgebenden Einflussfaktoren auf die Aufgefrierzeit und die erforderliche Kühlleistung durchgeführt. Die Ergebnisse haben gezeigt, dass die Grundwasserfließgeschwindigkeit den maßgebenden Einflussparameter sowohl für die Aufgefrierzeit als auch für die Kühlleistung darstellt. Bei den weiteren numerischen Simulationen zur energetischen Optimierung von Vereisungsmaßnahmen wurde neben der Aufgefrierphase auch die Erhaltungsphase betrachtet, die einen großen Anteil am Gesamtenergieverbrauch einer Vereisungsmaßnahme ausmacht. Durch eine strömungsangepasste Gefrierrohranordnung, verbunden mit zusätzlichen Gefrierrohren, können sowohl die Aufgefrierzeit als auch die Kühlleistung verringert werden. Durch angepasste Betriebsvarianten in der Erhaltungsphase können deutliche Einsparpotentiale realisiert werden. Der intermittierende Betrieb hat sich in den numerischen Simulationen als effektivste Variante ergeben. Abschließend kann festgehalten werden, dass die Simulation von Vereisungsmaßnahmen im Vorfeld der Baumaßnahme und deren zeitliche und energetische Optimierung sowohl für die Aufgefrier- als auch für die Erhaltungsphase mit dem vorliegenden Programmsystem prinzipiell möglich ist.

Schlagwörter

Vereisung; Grundwasser; Baugrube; Energieeinsparung; Frostkörper; Grundbau; Bodenverbesserung; Untergeschoss; Bauverfahren; Baugrundverbesserung; Vereisungsverfahren; Baugrundvereisung; Bodenvereisung; Baugrubensicherung; Kühlleistung; Energieverbrauch; Optimierung; Wirtschaftlichkeit;

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