A Magyar Hidrológiai Társaság XXXVIII. Országos Online Vándorgyűlése (2021. szeptember 14-15.)

4. szekció - Infrastruktúra-fejlesztés - 2. Illés Zsombor (BME - OVF) - Dr. Nagy László (BME): A sekély geotermális energia kiaknázási lehetősége: Energia cölöpök alkalmazása

Termo aktív cölöpök (TA piles) hőterhelésének modellezésére két lehetőség van: a valós ciklikus hőhatás szimulálásával, vagy pedig egyszerűsítve állandó maximális (nyári) és állandó minimális (tél) hőmérséklet alkalmazásával. A két modellezési lehetőséget vizsgáljuk meg egy cölöp esetén. 10 év ciklikus hűtés-fűtés és állandó fűtés után a hőmérséklet eloszlás (Kelvinben) a cölöpök környezetébe az 7. ábra látható. A vizsgált vasbeton cölöp 30 méter mélyre nyúlik le egy homogén talajban. A cölöp lineáris hőtágulási együtthatója fele egy átlagos talajénak, ez azért fontos, mert a fűtés és hűtés hatására a két különböző anyag eltérő mértékben tágul. A talaj és a beton felszínén ennek következtében mechanikai feszültség fog kialakulni.

7. ábra Hőmérséklet eloszlás kontúrjai, 10 éves ciklikus szimuláció utolsó nyara, megegyező

állandó hőmérsékletű modell

A ciklikus hőteher hatására csak a cölöp közvetlen környezete melegszik fel, míg állandó hőmérséklet esetén a cölöp tágabb környezete. A cölöp és a talaj eltérő vagy adott esetben hasonló felmelegedése eltérő mechanikai viselkedést eredményez.

Minden cölöp viseli a saját súlyát, ezen kívül még a felszerkezetből a ráeső szerkezeti terheket is. A cölöp terhelése 3518 kN, amelyet egy 0,4 m sugarú felületen oszlott el, a végeselemes szoftverben 6998,84 kN/m/m került definiálásra.

Az önsúlyból, a terhelésből és az évszakok különböző féle képpen történő modellezéséből keletkező feszültségeket a 8. ábra mutatja be. A 10 évnyi termő-mechanikus szimuláció hatására jelentkező tágulás és összehúzódás következtében növekszik a tengely irányú normál feszültség a cölöpben, mivel annak nyúlása és összehúzódását a környező talaj gátolja. Amennyiben a talajt és cölöpöt állandó hőmérsékletűnek tételezzük fel, a hőingadozást így nem vesszük figyelembe. A talaj hőtágulási együtthatója dupla akkora mint a vasbetoné, tehát jobban tágul. Ezáltal a cölöpben jelentkező normál feszültség 'állandó nyár' modellezése esetén még csökkenek is, hiszen a cölöp tágulását nem gátolja az azt körülvevő talaj.

8