"Vorsprung durch Ideen" / Innovative Forschung und Entwicklung

Die H.S.W. GmbH hat seit ihrer Gründung bereits zahlreiche eigene Forschungs- und Entwicklungsarbeiten durchgeführt. Eines der ersten F&E-Projekte im Arbeitsbereich Regenerative Energien war die „Entwicklung eines Response-Test-Gerätes mit speicherprogrammierbarer Steuerung (SPS) und inverser FEM-Testauswertung“. Dieses - mit finanzieller Förderung aus dem BMWi-Programm „ProInno II“ geförderte Projekt wurde zum 30. September 2009 erfolgreich abgeschlossen und die Ergebnisse in der Praxis umgesetzt.

Insbesondere im Bereich der Geotechnik und Anwendungen regenerativer Energien (hier: maßgeblich Erdwärme und PV-Solaranlagen) werden durch die H.S.W. GmbH Rostock hervorragende, national und international anerkannte Leistungen erbracht.

Die nachfolgenden Projekte stellen eine Auswahl der laufenden und abgeschlossenen F&E-Projekte sowie innovativer Planungen der H.S.W. GmbH dar:

Forschungsprojekt "E-Hub"

Das durch die EU im Rahmen des "Seventh Framework Programme" geförderte Forschungsprojekt "E-Hub - Energy-Hub for residential and commercial districts and transport" hat als Ziel die Entwicklung eines Energiemanagement-Systems für Stadtteile. Das E-Hub soll zu einer effizienten Verteilung thermischer und elektrischer Energie beitragen, wobei ein wesentliches Projektziel die Verwendung möglichst hoher Anteile an erneuerbaren Energien ist.

Die H.S.W. GmbH bringt als einer von 16 Projektbeteiligten ihre Kenntnisse im Bereich geothermisch aktivierter erdberührter Bauteile ein. So wird im Rahmen von E-Hub intensiv an Energiepfählen, thermoaktiven Bodenplatten und Schlitzwänden geforscht, um diese optimal innerhalb des Gesamtsystems nutzen zu können. Dabei entwickelt und testet die H.S.W. GmbH Materialien (u.a. thermisch verbesserter Beton, Wärmeübertragerrohre aus Carbonfaser und Stahl), Systeme (thermische Bodenplattenaktivierung, Energiespeicherung im Untergrund mittels Energiepfählen) und deren Kombination.

Ein wesentlicher Teil der Erkenntnisse wird dabei durch die thermische Simulation mittels Finite-Elementen-Modellen (Feflow) gewonnen, wie sie auch für Geothermieprojekte eingesetzt werden (siehe Bemessung/Simulation).

Für weitere Informationen besuchen Sie die Projektseite: http://www.e-hub.org

Regionale Anpassungsstrategien deutsche Ostseeküste "RAdOst"

Im RAdOst-Projekt geht es um die Entwicklung von Anpassungsstrategien mit Hinblick auf den Klimawandel für die deutsche Ostseeküstenregion. Kernpunkte dabei sind sowohl die Abwehr von Schäden für Wirtschaft, Gesellschaft und Natur als auch die optimale Nutzung der mit dem Klimawandel verbundenen Entwicklungschancen.

Dazu arbeiten und forschen die 17 Projektbeteiligten (Universitäten, Forschungszentren, Behörden, Ingenieurbüros) interdisziplinär. Innerhalb des Projektes laufen mehrere sogenannte Anwendungsprojekte, unter anderem das AP "Küstenschutz und Geothermie", in dem die H.S.W. GmbH maßgeblich mitwirkt.

Ziel des Anwendungsprojektes ist die Untersuchung von Möglichkeiten der direkten und indirekten thermischen Nutzung des wassergesättigten Untergrundes. Dazu eignen sich einerseits der Strandbereich, andererseits aber auch Küstenschutzbauwerke, bei deren Errichtung eine geothermische Nutzung mit eingeplant wurde.

Projekthomepage: http://klimzug-radost.de

Foto: Durch die H.S.W. GmbH eingerichte Messstelle zum Monitoring des Ostseewassers

"Geothermische Brücke" Berkenthin

Auf Verkehrsbrücken kann es aufgrund ihrer geringe Masse, ihrer Exponiertheit sowie der häufig hohen Luftfeuchtigkeit (Lage über Flüssen) bei einsetzendem Frost im Winter oder speziellen Wetterlagen frühzeitig zu Eisbildung auf der Fahrbahn kommen, die  Verkehrsgefährdungen und 
-behinderungen verursacht und damit einen großen Aufwand für die Straßenmeistereien bedeutet.

Um diesem Problem zu begegnen, ist durch die H.S.W. GmbH ein System zur Brückentemperierung mittels erdgekoppelte Wärmepumpe entwickelt worden. Die erforderliche Energie wird durch einen Tiefenbrunnen bereitgestellt. In der Fahrbahn verlegte Wärmeübertragerrohre (siehe Abbildung links) sichern eine Eisfreihaltung im Winter bis zu ca. - 5°C und dienen zur "passiven" sommerlichen Kühlung der Fahrbahndecke mittels der ganzjährig nutzbaren Untergrundtemperaturen von 8 - 12 °C.
Insgesamt gleicht die Temperierung der Fahrbahndecke damit Temperaturextreme aus und führt damit auch zu einem deutlich geringerem Verschleiß der Fahrbahn.

Weitere Informationen zum Thema finden Sie auf der Projektseite: www.geothermiebrücke.de

"Geothermiestraße"

Das unter der Kurzbezeichnung "Geothermiestraße" laufende ZIM-Forschungsprojekt (langer Titel: „Entwicklung einer verfahrenstechnologischen Systemlösung für das Beheizen und Kühlen von Straßenbelägen und Infrastrukturflächen im Neubau und in der Sanierung") hat die Entwicklung einer Methode zur wirtschaftlichen und praxisgerechten Nutzbarmachung von Wärmeübertragerrohren zur Fahrbahntemperierung zum Inhalt.

Basierend auf den Erkenntnissen der "Geothermischen Brücke" Berkenthin sowie den umfassenden Erfahrungen der Projektbeteiligten (die H.S.W. GmbH sowie einem renomierten Straßenbauunternehmen und einer national anerkannten Erdwärme- und Brunnenbaufirma) in den jeweiligen Teilbereichen Straßenbau und Geothermie, soll damit der Weg für eine breitere Anwendung geothermischer Fahrbahntemperierung geebnet werden.

Der Praxisbezug des Projektes wird durch den realen Test der am Reißbrett entwickelten Ansätze auf einer Versuchsfläche unterstrichen. Hier wurde auf einer Fläche von über 100 m² eine Versuchsstraße hergestellt, die in mehreren Abschnitten mit unterschiedlichen Wärmeübertragerrohren belegt wurde.

Foto: Sammel- und Verteilerschacht "Geothermiestraße" mit Umwälzpumpe

"Biogasanlagen Underground Thermal Energy Storage"

Ziel der im Jahr 2011 erfolgreich abgeschlossenen Technischen Durchführbarkeitsstudie „Saisonale Speicherung von BHKW-Abwärme aus Biogasanlagen in einem Erdwärmesondenspeicher“ (gefördert durch das Ministeriums für Wirtschaft, Arbeit und Tourismus M-V  und der EU, Kennzeichen: V630-00008-2010/031) war die Ermittlung der technisch-technologischen Machbarkeit der Speicherung überschüssiger Wärme von Biogas-BHKWs in Erdwärmesondenspeicher unter Berücksichtigung wirtschaftlicher Gesichtspunkte.

Die Studie beschreibt die technologischen Vorgaben bzw. die technischen Anforderungen an den Erdwärmesondenspeicher und untersucht die technisch-technologischen und wirtschaftlichen Voraussetzungen, die für die zielgerichtete Entwicklung eines Produktes „Biogasanlagen-UTES“ einschließlich deren Erprobung erforderlich sind.

Die Studienergebnisse zeigen grundsätzlich sowohl die technisch-technologische als auch die wirtschaftliche Machbarkeit eines „Biogasanlagen-UTES“ auf. Durch die Kombination eines Erdwärmesondenspeichers mit dem Biogasanlagen-BHKW ist gemäß der Ergebnisse der durchgeführten Berechnungen und Simulationen eine optimale Abwärmenutzung möglich und gegenüber anderen Wärmeversorgungskonzepten wirtschaftlich konkurrenzfähig.

Abbildung: numerisches Modell "Biogasanlagen-UTES" und gemäß FEFLOW prognostizierte Fluidtemperaturen

"Solar Battery Home"

Die H.S.W. GmbH hat in Zusammenarbeit mit Dipl. Ing. Architekt F.L.Carewicz, verantwortlich für Gebäudeentwicklung, eine Projektidee zur Entwicklung und Erprobung eines Prototypen „Solar Battery Home“ erarbeitet und wurde hierfür im August 2010 durch den Wirtschaftsminister Herrn Jürgen Seidel beim Landeswettbewerb „Forschungs- und Entwicklungsvorhaben der Wirtschaft und von Verbündeten der Wissenschaft-Wirtschaft im Bereich der Erneuerbaren Energien und der Energieeffizienz“ ausgezeichnet. Die Idee ist inzwischen zum Patent angemeldet.

Ziel des Projektes war die Entwicklung eines „Solar Battery Home“ (Synonyme: "Solarbatteriehaus, Solarspeicherhaus") als energetisch optimiertes Wohngebäude mit einem geschlossenen saisonalen Solarspeicher aus mineralischen Rohstoffen, erstellt im Baukastensystem im Gründungsbereich von Neubauten oder neben energetisch sanierten Gebäuden zur vollständig autarken Wärmeversorgung (Heizwärme und Warmwasser). Die Erprobung eines Prototypen ist geplant.

Multifunktionale Photovoltaik-Anlage KiTa Wustrow

Der Neubau der KiTa Wustrow wurde als „Plus-Energiehaus“ umgesetzt (Fertigstellung 2011). Neben einer thermischen Nutzung des Untergrundes zum Heizen und Kühlen des Gebäudes und einer solarthermischen Nutzung zur Trinkwassererwärmung und Heizungsunterstützung, war die Errichtung einer Solarstromanlage Bestandteil des Plus-Energiehaus-Konzeptes.

Ziel ist es, mit der realisierten Photovoltaikanlage mehr elektrische Energie zu produzieren, als im Zuge der Gebäudenutzung für Heizen, Kühlen, Trinkwassererwärmung usw. verbraucht wird. Damit soll die spezifische CO2-Emission im Vergleich zu Standardgebäuden erheblich reduziert werden.

Die durch die H.S.W. GmbH geplante und erfolgreich in Betrieb genommene multifunktionale Photovoltaikanlage besteht aus mehreren Teilgeneratoren (Aufdachanlage, Dachintegriert, Sonnenschutz, Brüstung).

Weitere Informationen zu innovativen Photovoltaikanlagen finden Sie auf unsere Themenseite Photovoltaik.

Foto: Innenansicht tranzluzente PV-Module mit 3-fach Isolierverglasung KiTa Wustrow

Geothermischer Horizontalbrunnen - Appartementwohnhaus "Strandläufer"

An der Strandpromenade von Warnemünde liegen zahlreiche Appartement- und Ferienhäuser, jedoch nur eins, das seine Heizwärme und Klimakälte direkt aus dem Strandwasser beziehen kann...
Mittels eines Horizontalbrunnens wird Strandwasser, eine Mischung aus Ostseewasser und vom Land abströmenden Grundwasser, angesaugt und mittels Wärmepumpe thermisch genutzt.

Die H.S.W. GmbH hat dieses innovative Projekt bereits im Jahr 2006 erfolgreich abgeschlossen.

Foto: Austritt des Bohrkopfes

Thermische Oberflächenwassernutzung

Im Rahmen mehrerer Projekte hat die H.S.W. GmbH Machbarkeitsstudien und Projektplanungen für die thermische Nutzung von Oberflächenwasser durchgeführt.

Dazu zählen die thermische Aktivierung von Deutschlands größtem schwimmenden Ausstellungs- und Bürogebäude im Hamburger Hafen (IBA-Dock, CO2-neutrale Klimatisierung), die thermische Nutzung von Pontons "schwimmender Häuser" (u.a. "Floating Houses", "Floating Homes") oder die Studie zur Leistungsfähigkeit thermisch aktivierter Spundwände ("SPS Energy Sonden"). Unsere Ingenieure nehmen sich gern den unkonventionellen Fragestellungen solcher Projekte an und führen Sie sicher zum Erfolg (siehe auch Umweltwärmenutzung)

Geothermische Serverkühlung

Die thermische Nutzung des Untergrundes zur Kühlung von Serverräumen bzw. Großrechnern ist eine Lösung zur umweltfreundlichen und nachhaltig wirtschaftlichen Bereitstellung von Kälte.

Die H.S.W. GmbH hat u.a. im Jahr 2011 eine innovative Geothermiekühlung für das Rechenzentrum des Landkreises Anklam geplant und erfolgreich umgesetzt. Der erforderliche Kühlbedarf für die neue Serverraumtechnik wird dabei zum großen Teil über das geothermische Quellensystem „Erdwärmesonden“ abgedeckt, wobei die erwartete nachhaltige Erwärmung des Untergrundes durch die teilweise saisonale Übernahme der Kühlung über „Luftrückkühler“ mit anteiliger thermischer Regeneration des Erdreichs vorgesehen ist.

Geothermische Messsysteme

Wir versuchen stetig nicht nur auf dem Stand der Technik zu sein, sondern diesen durch eigene Neu- und Weiterentwicklungen selbst zu definieren. Einige Beispiele dafür sind:

  • Entwicklung und kontinuierliche Verbesserung von Geräten zur Durchführung von Geothermal Response Tests
  • Einsatz von thermischen Messketten zur zeitlich und räumlich diskreten Aufzeichnung von Temperaturen in Erdwärmesonden
  • Entwicklung der geothermischen Messramm-Sonde als innovatives System zur Durchführung von Geothermal Response Tests für Energiepfahlanlagen
  • Anwendung der Stichnadelsonde zur Bemessung von Erdreichkollektoren
  • Durchführung von Druckverlustprüfungen mit eigener Messtechnik
Die Qualität und die stetige Verbesserung der von uns eingesetzten Systeme und Techniken sichern wir unter anderem durch enge Zusammenarbeit mit dem Ingenieurbüro für Geothermie und Umweltanalytik Freund.

Eine nähere Erläuterung verschiedener eingesetzter Messsysteme ist auf der entsprechenden Seite unserer Homepage zu finden.

Weitere Forschungs- und Entwicklungsthemen der H.S.W. GmbH:

  • Gewinnung von Lithium aus einheimischen Solen
  • Mitteltiefe Erdwärmesonden
  • Geothermische Rasenheizung mit der Anwendung in Bundesligastadien
  • Kühlen mit Erdreichkollektoren
  • Impuls-Response Test
  • ...

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