Die Gebäudewärme und die industrielle Prozesswärme benötigen über 50 % der deutschen Endenergie. Somit können nur mit Hilfe einer Wärmewende die nationalen Klimaziele erfüllt und die Energiewende erfolgreich gestaltet werden. Während die elektrische Energie dezentral erzeugt und über das öffentliche Stromnetz verteilt wird, erfolgt die Bereitstellung und Versorgung von Wärme und Kälte stets lokal. Dabei gelten Wärmepumpen, welche die Umweltwärme aus der unmittelbaren Umgebung nutzen, als eine der Schlüsseltechnologien für eine erfolgreiche Wärmewende. Diese bewirken unter geringem Stromeinsatz das Anheben der Temperatur auf das gewünschte Niveau und machen damit kostenlose Umgebungswärme nutzbar. Bisher als Umweltwärmequelle etabliert haben sich der Boden (Geothermie) und die Umgebungsluft (Aerothermie).
Doch auch die Wärme aus Wasser (Hydrothermie) birgt große Potenziale. Da Wasser gegenüber nahezu allen gängigen Stoffen eine höhere Wärmekapazität (etwa 4,2 kJ/(kg K) aufweist, kann es wesentlich mehr Wärme aufnehmen oder abgeben. Durch die hydrothermale Nutzung von Fließgewässern regeneriert sich die angezapfte Wärmequelle durch das kontinuierliche Fließen stetig selbst. Dagegen besitzt das Tiefenwasser in geschichteten Seen im Winter fast immer eine Temperatur von mindestens 4 °C.
Sollen Oberflächengewässer nun wärmetechnisch genutzt werden, kann das Wasser zum einen aus dem Gewässer entnommen und unmittelbar beim Verbraucher thermisch genutzt werden. Zum anderen besteht durch den Einsatz eines Wärmeübertragers im Gewässer aber auch die Möglichkeit, dem Gewässer die Wärme direkt zu entziehen und das Wasser an Ort und Stelle zu belassen.
Solche Wärmeübertrager möglichst effizient und praktikabel auszulegen ist Ziel der wärmeströmungstechnischen Untersuchungen am Fachgebiet Wasserbau und Hydraulik. Hierzu wurde im Außenbereich des wasserbaulichen Forschungslabors ein Versuchs- und Prüfstand erbaut, an dem sowohl strömungs- als auch wärmetechnische Versuche an verschiedenen Wärmeübertragern durchgeführt werden können.
Die Errichtung des Versuchs- und Prüfstandes erfolgte mit Unterstützung von:
Im Rahmen des BMWi-Förderprogramms „Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand“ finden zusammen mit dem Kunststoffrohrsystemhersteller FRANK Untersuchungen zu einem modularen Wärmeübertrager (WärmeEnergieTauscher ) statt. Über die Standorte Kranzmühle (Wetter) und Stümpelsche Mühle (Pader) ist das Fachgebiet auch am Monitoring bereits eingesetzter Wärmeübertrager beteiligt. Das Fachgebiet begleitet zukünftig in Thüringen die geplante hydrothermale Wärmeversorgung einer Ortslage mit etwa 400 Einwohnern aus der Weißen Elster. Darüber hinaus wird die nachhaltige Nutzung von Seewärme und die Antizipation der Klimaveränderungen auf die Wärmeentnahme untersucht. Dies geschieht im Rahmen des geplanten Neubauquartiers „Wohnen am See“ an der Kastanienallee Darmstadt. Neben experimentellen Untersuchungen am Versuchsstand und dem Monitoring in der Praxis sollen wärmetechnische Untersuchungen künftig auch über numerische Simulationen möglich sein, was derzeit in einem Kooperationsprojekt mit dem Informatik-Fachgebiet „Scientific Computing“ initiiert wird.
