B 10 Rosenstein Tunnel – Designing a geothermal energy system in a spa protection area / B 10‐Rosensteintunnel – Planung einer Geothermieanlage im Heilquellenschutzgebiet

The design and construction of the Rosenstein Tunnel was intended to minimize the effects on the environment, nature and groundwater during construction and operation. Part of this design agenda was a decision to equip the tunnel with a geothermal energy system to recover energy from the ground for the heating and cooling of the elephant house at Wilhelma zoo. The Rosenstein Tunnel is located in the spa water protection area of Stuttgart. The construction of the geothermal system was only permitted on the condition that it must be guaranteed that there is no threat to the groundwater due to leakage of heat transfer fluid, which led to increased constructive demands for the design and construction of the system. One of these demands was the protection of the pipes during construction and service. The heat exchange takes place at absorber pipes installed between the shotcrete shell and the inner lining. Niches were placed on both sides of the tunnel blocks to house the boxes for the distribution manifolds, valves, regulators as well as the measuring and control instruments. To measure the operating temperature, a temperature measurement section is installed in both tubes, which records the temperature of the tunnel lining and the surrounding soil. The detailed measuring results not only allow a precise monitoring and control of the system, but also enable scientific research into the relationship between the temperature, soil temperature and the production of energy over the lifetime of the system. Ziel bei der Planung und Ausführung des Rosensteintunnels war eine möglichst umwelt‐, natur‐ und heilwasserschonende Realisierung. Im Rahmen dieses Konzepts wurde in der Entwurfsphase u. a. entschieden, den Rosensteintunnel mit einer Geothermieanlage zur Gewinnung von Energie aus der Erdwärme zum Heizen und Kühlen des neu zu errichtenden Elefantenhauses der Wilhelma auszustatten. Der Rosensteintunnel liegt im Heilquellschutzgebiet der Landeshauptstadt Stuttgart. Einer Ausführung der Anlage wurde daher nur unter der Bedingung zugestimmt, dass sichergestellt werden kann, dass eine Gefährdung des Grundwassers infolge des Austretens der Wärmeträgerflüssigkeit ausgeschlossen ist. Daraus ergaben sich erhöhte, konstruktive Anforderungen bei der Planung der Tunnelkonstruktion und der Konstruktion der Geothermieanlage. Diese waren u. a. der Schutz der Rohrleitungen im Bau‐ und im Endzustand sowie die Verlegung der Rohre in und durch die wasserundurchlässige Innenschale. Der Wärmeaustausch erfolgt über Absorberleitungen, die im Gewölbe zwischen der Spritzbetonaußenschale und der Ortbetoninnenschale liegen. In den Tunnelblöcken wurden Nischen angeordnet, in denen Kästen für die Modulverteiler, Armaturen, Regler sowie die Instrumente der Mess‐ und Regelungstechnik untergebracht sind. Zur Erfassung und Überwachung der Betriebstemperaturen wurde in jeder Tunnelröhre zusätzlich ein Temperaturmessquerschnitt vorgesehen, der die Temperatur der Innenschale und die des Untergrunds aufzeichnet. Die detaillierten Messergebnisse ermöglichen neben der Überwachung und Steuerung der Geothermieanlage auch die wissenschaftliche Erforschung der Zusammenhänge zwischen Lufttemperatur, Bodentemperatur und der Energiegewinnung über die gesamte Lebensdauer der Anlage.