Projekt

Förderschwerpunkt: HighTechMatBau

SEDA

Projekttitel

Untersuchung multifunktionaler Straßenbaumaterialien und Verbundwerkstoffe zur Nutzung solarer Energie und Verbesserung der Dauerhaftigkeit

Laufzeit

von 01.05.2015 bis 30.04.2018

Verbundkoordinator

F. Winkler KG

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Projektinformationen

Mit dem Forschungsprojekt SEDA soll das Potential von Straßenbefestigungen als Energiequelle untersucht werden. Hierbei liegen der Fokus und die Innovation des Projektes sowohl auf dem Verstromungspotential der in der Straße durch Sonneneinstrahlung gespeicherten thermischen Energie als auch in einer erhöhten Dauerhaftigkeit der Straßenkonstruktion durch Abfuhr der Wärme. Für eine optimale Nutzung des solaren Strahlungsangebotes werden neue Materialien und Verbundwerkstoffe benötigt, die vorteilhafte Wärmetransporteigenschaften mit den bestehenden Anforderungen an das mechanische Verhalten verbinden. Hierfür sollen neue multifunktionale Verbundwerkstoffe zur Entwicklung neuartiger Kollektorvarianten untersucht werden. Dabei sollen Aspekte urbaner Anforderungen berücksichtigt werden, um ein ganzheitliches Konzept zur Energienutzung zur erarbeiten und zu realisieren.

Weiterhin sollen im Rahmen dieses Projektes bestehende Verfahren bzw. Systeme zur Umwandlung von thermischer in elektrische Energie entsprechend den Anforderungen, die sich aus der Kopplung mit Straßen-Kollektor-Systemen ergeben, adaptiert werden. Vielversprechend für die Verstromung der Wärme erscheint die Nutzung von ORC-Anlagen (Organic Rankine Cycle), wobei sich die Temperaturniveaus für diesen Anwendungsfall deutlich unterhalb üblicher Werte bisheriger Nutzungen bewegen. Es müssen daher geeignete organische Stoffe oder Stoffgemische als Arbeitsfluide identifiziert und charakterisiert werden.

Die aus dem Energieentzug resultierende Kühlung kann zusätzlich eine Verlängerung der Nutzungsdauer der Straßenbefestigung bewirken. Die entzogene Energie soll primär in Form von elektrischer Energie zur Verfügung gestellt werden. Die nicht transformierbaren Wärmemengen sollen im urbanen Bereich den anliegenden Verbrauchern zur Verfügung gestellt werden. Entsprechende Ansätze mit denen die Energie- und CO2-Bilanzen von Siedlungsräumen verbessert werden können, sollen im Rahmen dieses Projektes erarbeitet werden.

Kontakt

Hemelinger Hafendamm 22, 28309 Bremen


Dipl.-Ing. Lars Keller

T: +49-421-27743-0 | F: +49-421-3469054

lkeller(at)wi-ba.de

Förderkennzeichen

13N13605

Kurzfassung Teilprojekt

Teilprojekt: Untersuchung technologischer Aspekte zum Einbau von Verbundwerkstoffen für die Nutzung als Asphaltsolarkollektor

 

Das Teilprojekt befasst sich mit der Einbringung von neuen multifunktionalen Verbundwerkstoffen, wie beispielsweise Asphalt mit eingebetteten metallischen Wärmeleitstrukturen, und Rohrkollektoren zur Auskopplung solarer Wärme in Straßenflächen. Kernpunkt ist dabei die Untersuchung der technologischen Einbau- und Verarbeitungsmöglichkeiten für eine maschinelle Asphalteinbringung ohne Beschädigung der Kollektorsysteme um eine wirtschaftliche Verarbeitung zu ermöglichen.

Zielstellung ist daher die Untersuchung und Optimierung der maschinellen Einbringung von Walzasphalt zur Einbettung des Wärmeübertragers sowie von Wärmeleitstrukturen. In den ersten Versuchen wird die Befahrbarkeit des Rohrsystems einschließlich Befestigung erprobt und gemeinsam mit den Verbundpartnern eine Optimierung des Aufbaus vorgenommen. Im Anschluss erfolgt die Konzeption und Umsetzung von ausgewählten Kollektorvarianten auf dem duraBASt-Areal zur Erprobung der Fertigungstechnologie sowie zum Test des thermischen und mechanischen Verhaltens. Aus den Versuchsergebnissen werden Optimierungen abgeleitet und eine Kollektorvariante zum langfristigen Monitoring als Demonstrator realisiert.

Veröffentlichungen

Weitere Partner

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Kontakt

Lindenstraße 5, 09526 Olbernhau


Dipl.Jur. Volker Schubert

T: +49-3735-6680-44 | F: +49-37360-694969

schubert(at)waetas.de

Förderkennzeichen

13N13608

Kurzfassung Teilprojekt

Teilvorhaben: Untersuchung des thermischen Verhaltens von Solarkollektoren auf Basis von Asphalt-Verbundwerkstoffen mit metallischen Wärmeleitstrukturen

 

Das Teilprojekt befasst sich mit der Untersuchung eines multifunktionalen Kollektorsystems zum Entzug von Wärme aus Asphaltflächen bei gleichzeitiger Bewehrungswirkung zur mechanischen Stabilisierung und Erhöhung der Nutzungsdauer. Dafür sollen neuartige Verbundwerkstoffe aus Asphaltmaterialien mit metallischen Wärmeleitstrukturen eingesetzt werden.

Zielstellung ist die Untersuchung eines multifunktionalen thermischen Asphaltsolarkollektors auf der Basis von neuen Asphalt-Verbundwerkstoffen mit metallischen Wärmeleitstrukturen, der neben dem Wärmeentzug auch eine Bewehrungswirkung im Asphalt - und somit eine höhere Lebensdauer des Gesamtsystems - ermöglicht. Dafür wird ein Versuchsstand konzipiert und aufgebaut, mit dem das thermische Verhalten der Asphalt-Verbundwerkstoffe mit metallischen Lamellen oder Rippen untersucht wird. In Zusammenarbeit mit dem Institut für Stadtbauwesen und Straßenbau der TU Dresden erfolgt eine Untersuchung und Bewertung der mechanischen Eigenschaften. Anschließend wird eine Teststrecke zur großmaßstäblichen Analyse einer solchen Kollektorvariante auf dem duraBASt realisiert.

Veröffentlichungen

Weitere Partner

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Kontakt

Professur für Straßenbau

Georg-Schumann-Straße 7, 01062 Dresden


Prof. Dr.-Ing. habil. Frohmut Wellner

T: +49-351-463-32817 | F: +49-351-463-37705

frohmut.wellner(at)tu-dresden.de

Förderkennzeichen

13N13610

Kurzfassung Teilprojekt

Teilvorhaben:

1) Charakterisierung des mechanischen Verhaltens und der Dauerhaftigkeit multifunktionaler Asphalt-Verbundwerkstoffe

2) Charakterisierung des thermischen Verhaltens von Asphalt-Verbundwerkstoffen und Modellierung von Nutzungsszenarien für Asphaltsolarkollektoren

 

Die beiden Teilprojekte der TU Dresden befassen sich mit der Charakterisierung des thermischen und mechanischen Verhaltens von Asphalt-Verbundwerkstoffen. Schwerpunkte sind die Auswirkungen der reduzierten thermischen Belastungen durch die Kühlung der Straßenkonstruktion auf deren mechanisches Verhalten sowie die Bewertung verschiedener Nutzungsszenarien von Asphaltkollektoren unter Aspekten der Energieeffizienz und Integration in städtebauliche Versorgungskonzepte.

Für die Untersuchung des thermischen und mechanischen Verhaltens verschiedener Asphalt-Verbundwerkstoffe sowie Bauarten von Asphaltsolarkollektoren werden geeignete numerische Modelle erstellt und Simulationsrechnungen unter Variation von Kollektorparametern durchgeführt. Parallel erfolgt die messtechnische Bestimmung relevanter Stoffdaten sowie mechanischer Charakteristika von Asphaltwerkstoffen zur Parametrierung der Modelle. Anschließend wird eine Modellierung und Simulation des Gesamtsystems aus Kollektor und Wärmeverbrauchern durchgeführt, um verschiedene Nutzungsszenarien zu untersuchen und hinsichtlich Primärenergiebedarf und Treibhausgasemissionen zu vergleichen. Aufbauend auf den Ergebnissen werden gemeinsam mit den Projektpartnern Versuchsstrecken zur großmaßstäblichen Untersuchung ausgewählter Kollektorvarianten auf dem duraBASt realisiert und messtechnisch begleitet.

Veröffentlichungen

Weitere Partner

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Kontakt

Ringstraße 40, 82223 Eichenau


Stl. geprf. MBT Peter Rhode

T: +49-208-91102013 | F: +49-208-91102029

p.rohde(at)triplesgmbh.de

Förderkennzeichen

13N13607

Kurzfassung Teilprojekt

Teilvorhaben: Erarbeitung technologischer Aspekte zum Einbau von Freiflächentemperierungssystemen

 

Das Teilprojekt befasst sich mit der Untersuchung der Verlegung von Rohr- und Befestigungssystemen zur Herstellung von Asphaltsolarkollektoren und Freiflächentemperierungssystemen. Schwerpunkt ist dabei die Möglichkeit zur automatisierten Einbringung von Asphalt mit dem Fertiger zur Reduzierung der Baukosten. Hierbei sind insbesondere die Einflüsse auf die verwendeten Werkstoffe der Rohr- und Befestigungssysteme zu untersuchen.

Hauptziel ist jedoch die Ermittelung der Einwirkungen der automatisierten Asphaltverlegung mit einem Asphaltfertiger auf das Rohrsystem. Dabei eventuell auftretende Beschädigungen und Leckagen sollen bei experimentellen Untersuchungen analysiert und Lösungsmöglichkeiten zur deren Vermeidung erarbeitet werden. Dafür sind praxisnahe Erfahrungen mit dem Rohrsystem sehr entscheidend, welches die Fa. Triple S-GmbH in diese Verwertung mitbringt. Des Weiteren ist die Integration von Stützelementen ein wichtiger Punkt, um eine Befahrbarkeit mit dem Asphaltfertiger zu gewährleisten.

Weiterhin sollen experimentelle Untersuchungen zur Bestimmung der thermischen Wärmeleistung und von auskoppelbaren Temperaturen unter praxisnahen Bedingungen auf dem duraBASt durchgeführt werden. Es erfolgt eine Adaption der gewonnenen Ergebnisse für die zukünftige thermische und hydraulische Auslegung der Kollektorkreise. Ziele dabei sind die Vermeidung von Temperaturspitzen in den Asphaltflächen und eine möglichst homogene Temperaturverteilung.

Veröffentlichungen

Weitere Partner

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Kontakt

Abteilung Straßenbautechnik, Referat S1 - Intelligenter Straßenaufbau, Regenerative Energie, Klimawandel

Brüderstraße 53, 51427 Bergisch Gladbach


Dipl.-Ing. Beata Krieger

T: +49-2204-43-730 | F: +49-2204-43-159

KriegerB(at)bast.de

Förderkennzeichen

13N13609

Kurzfassung Teilprojekt

Teilvorhaben: Großmaßstäbliche Analyse der mechanischen Belastbarkeit unterschiedlicher Asphalt-Verbundwerkstoffe und Kollektorsysteme

 

Das Teilprojekt bezieht sich im Wesentlichen auf die Untersuchung und Demonstration der im Projekt zu erforschenden Straßenbefestigungen. Dabei spielt das zu errichtende Demonstrations-, Untersuchungs und Referenzareal (duraBASt) eine zentrale Rolle, da hier die innovativen Asphalt-Verbundwerkstoffe und Kollektorlösungen verbaut und untersucht werden können. Zur Bewertung der Konstruktionen werden im Projekt ein mobiler Längsbelaster (MLS 10) sowie innovative Sensorik eingesetzt.

Die Arbeitsplanung besteht erstens in der Unterstützung der Partner bis zum Bau des Demonstrators auf dem duraBASt. Dort werden dann zweitens die Systemlösungen im Großmaßstab eingebaut und instrumentiert. Die fertiggestellten Konstruktionen werden nach einer Belastung durch den mobilen Längsbelaster analysiert und bewertet. Aus den Ergebnissen werden Verbesserungsvorschläge abgeleitet und es wird drittens eine Vorzugsvariante für den Bau der Erprobungsstrecke als Demonstrator empfohlen.

Veröffentlichungen

Weitere Partner

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