De onderzoekers van EPFL zijn erin geslaagd om de warmte-uitwisseling in een tunnel nauwkeurig te berekenen. Door hun berekeningen toe te passen op de toekomstige metrolijn M3 in Lausanne hebben zij een schatting gemaakt van de energiebesparing die de stad zou bereiken door de tunnel uit te rusten met een geothermisch systeem. Dit zou een wereldprimeur zijn.
In een tunnel met een trein of metro zijn er veel warmte-uitwisselingen. Wanneer de metro remt en versnelt, bijvoorbeeld, ervaart de tunnel een hittepiek. Deze warme lucht wordt gemengd met de van nature in de tunnel aanwezige lucht en met de warmte die uit de grond komt.
Tot nu toe is de berekening van de warmte uit de lucht op een onnauwkeurige manier uitgevoerd door ingenieurs. Onderzoekers van het laboratorium van Mechanische bodemeigenschappen (LMS) van EPFL hebben een gecorrigeerde versie gepubliceerd in het tijdschrift Applied Thermal Engineering. De ingenieurs konden een nauwkeurige schatting geven van deze belangrijke coëfficiënt, de zogenaamde thermische convectiecoëfficiënt.
Deze ontdekking opent de weg voor de exploitatie van een geothermische tunnel ten behoeve van bovengrondse gebouwen. De onderzoekers testten hun berekeningen ook voor de tunnel van de toekomstige metro van Lausanne, de M3, die het centraal station ten noorden van de stad (wijk Blécherette) zal verbinden.
Levering van 1500 appartementen
"Ons onderzoek toont aan dat door 50 tot 60% van het geplande traject te gebruiken, 60.000 m2 van de tunnel met dit geothermische systeem kan worden geactiveerd en warmte kan leveren aan 1500 standaardappartementen met een gemiddelde grootte van 80 m2 en 4000 Minergie-appartementen", verklaart Margaux Peltier, wetenschappelijk medewerker bij het LMS, waarvan het Master-project aan de basis ligt van de publicatie. Het voordeel van dit systeem is dat het warmte kan opslaan en tijdig kan afgeven aan de woningen. "De stad zou de uitstoot van 2 miljoen ton CO2 per jaar vermijden in vergelijking met een gasverwarmingssysteem", voegt de onderzoeker toe, die bij zijn berekening geen rekening hield met de metrostations of het geplande treindepot in het noorden van de stad, die ook van deze energie kunnen profiteren.
In ondergrondse infrastructuur heeft de luchttemperatuur de neiging om zijn stabiliteit terug te winnen en overtollige warmte en koeling aan de oppervlakte te laten ontsnappen. Deze ontgrendeling resulteert in hete luchtbewegingen die soms voelbaar zijn bij het passeren van een ventilatiegat. Het is dit natuurkundig fenomeen dat ingenieurs willen exploiteren, naast de warmte die van nature ter plaatse aanwezig is.
Concreet stellen de onderzoekers voor om op regelmatige tijdstippen kunststofbuizen in de betonnen structuur van de metrotunnel in te voeren en deze aan te sluiten op een warmtepomp. Een warmteoverdrachtsvloeistof of, heel eenvoudig, water, zou dan als een koelkast in de buizen worden gebracht. Door in de winter koud water in de tunnelbuizen in te voeren, zal het systeem in de zomer warm water aan het oppervlak afgeven en vice versa. De geothermische uitrusting van de tunnel zou een verwaarloosbare investering en minimale productie van grijze energie met zich mee brengen, aldus de onderzoekers, gedurende 50 tot 100 jaar. Alleen de warmtepompen moeten om de 25 jaar worden vervangen.
Verwarming en airconditioning
Eenmaal uitgerust, zou de tunnel het voordeel hebben dat de omliggende appartementen in de winter verwarmd kunnen worden, waardoor tot 80% van de energiebehoefte kan worden gedekt. De resterende behoeften zouden idealiter worden aangevuld met een andere hernieuwbare energiebron. In de zomer, en dat is het bijzondere van deze geostructuur, kunnen de appartementen ook worden gekoeld door het geothermische systeem: "De tunnel zou het hele jaar door een zeer betrouwbaar verwarmings- en airconditioningsysteem zijn", zegt Margaux Peltier, die erop wijst dat het project in Lausanne een groot aircopotentieel biedt. Het systeem zou met name gebruikt kunnen worden om de ijsbaan te koelen die gepland is voor de toekomstige eco-wijk "Métamorphose".
"Deze publicatie laat zien dat de energietunneltechnologie volwassen is en dat we deze op buurtniveau kunnen exploiteren", zegt Lyesse Laloui, directeur van het LMS. "Het valt nog te bezien of de Zwitserse industrie bereid is een voortrekkersrol te spelen op dit gebied, aangezien tot op heden wereldwijd alleen nog maar testcases operationeel zijn”.
Bron: https://www.enerzine.com
