通过法兰克福大桥85%的桥墩（12750座），每年可以从地下提取35GWh的热能--这是近地表地热能的经典使用案例。
此外，100万平方米的PVT混合光伏热太阳能组件每年可产生约300GWh的热能。另外100GWh/年热量来自法兰克福的数据中心和工业园区的废热。在几千个钻孔热能储存器（BTES）的帮助下，每年大约340 GWh的热能可以在夏季储存在地下，并在冬季提取并再次用于空间加热等用途。
法兰克福的地表附近比较温暖，温度为14℃。法兰克福大桥的支柱连同其基础墩柱深入地下15至20米。柱子上的探头可以根据需要通过热交换为桥上的建筑物实现空间加热或冷却。
积累在光伏表面后面的热量通过探针场被送入地下--使用环保液体作为载体--在那里被储存起来，并根据需要再次被带上来。探针场可以在桥梁建设过程中安装在（无论如何）被撕裂的地面上，并达到250米的深度。
这两个系统都使用事实上的太阳能，而不是来自地球内部的地热能，就像地面或 "经典 "地热能那样。
在法兰克福，通过地基桩的经典地热能已经被使用，尤其是高层建筑。20多年来，人们一直在考虑让地基桩在高层建筑下深入30至100米，并为其配备传导回路（探头），来利用所谓的 “近地表地热能”，同时也将尤其是通过房屋正面的积累热量输送到地下，令其再生或者在夏季将热量储存在那里，在冬季提取。
但是这种方案无法在全市范围内推广到其他建筑，因为在现有建筑中补装利用深层地热的地基桩是不可行的。
法兰克福桥梁系统上使用了两种热能传输的基本机制。桥柱的基础支柱配备了对流传热的功能。而在紧邻桥梁系统的地方，已经安装探针场以进行热传导传热。
对流传热
热传输取决于地下水的温度，首先是地下水的流动情况：例如，如果地下水（以及为提取热量而设置的探头所在的土壤）的温度为14度，但流动缓慢或几乎没有流动，那么该地点将在几年内降温，因为没有足够的温度为14度的水流入。
相应地，对流传热的有效性取决于土壤的孔隙度和由此产生的地下水流速：水在孔隙度更高的土壤中流动更快。
热传导传热
传导性热传输沿着温度梯度发生。根据地面的导热性和热容量，热量可以被送入地下并储存在那里。探测器的地面环境储存了热量，直到以后再次提取。
热量的储存程度取决于岩石类型和孔隙度，但也取决于水的饱和度。一定的饱和度本身对吸热来说并不坏，但如果水的流速太高，太多的热量就会被运走，而不是留在本地储存。
土壤的水力渗透性对热量传输有决定性的影响。法兰克福在南部有相对的沙质土壤，而在北部，地表正下方往往有 "法兰克福粘土"。土壤的水力渗透性对热量传输有决定性的影响。法兰克福在南部有相对的沙质土壤，而在北部，地表正下方往往有 "法兰克福粘土"。
在水力渗透率较高的情况下，所谓的 "热羽 "的扩散显然是以对流式热传输为特征的--如果只依赖地热（即通过地下水流入的热量），则是积极的。另一方面，高水力渗透率不适合将地上收集的热量储存在底层土壤中。
因为在法兰克福几乎在最初的20米深度里都可以找到地下水，所以所有的桥柱桩都配备了对流热传输的探头。
在水力渗透率低的情况下，热羽的传播主要以传导性热传输为特征。尽管这不适合提取土壤自身的热量，因为没有地下水的热量 "补充"。然而，这对于在地面上收集到的热量在底层的热存储来说是再好不过了。
在法兰克福桥梁系统的建设过程中，大桥的路面都将被更新，因此这次可以在大桥沿线的路边区域安装探头场。
这两种地热概念都应用在桥梁系统上。这些柱子每年从地面上共提取35GWh的热量用于供暖；并且独立地将夏季收集的约 340GWh的热量送入地下，由桥梁沿线的钻孔场储存。在这 340 GWh/a中，约290 GWh/a来自上述桥梁上和沿线的混合集热器； 50 GWh/a来自计算中心的废热。 根据利用地下现有的热量还是将地上收集的太阳能热量送入地下储存，必须使用不同的地面探针装置。
在20米深的地方，法兰克福桥梁系统的柱子向下延伸，总共提取35GWh/a的能量。
在柱子的施工过程中，钢筋被放入钻孔，然后被混凝土填满之前，"探头"（黑色塑料管）被沉入其内部。
后来，盐水流经它们，在冬季将热量从地面输送到顶部，反之，在夏季从顶部输送到地面。
法兰克福桥梁系统的能量桩的直径为90厘米。
在最上面的10-15米处，土壤温度由气候决定，即大气因素，如太阳辐射、空气接触以及渗出的雨水温度和数量（在此以下，深度约为50米，根据中欧的经验法则，全年温度恒定在10℃左右）。由于地处上莱茵河谷地，法兰克福的土壤温度在许多地方从2米深处开始就达到了约12℃甚至更高。
法兰克福桥梁系统的支柱建立在大约20米深的地方，配备了地热探测器。即使在那里，也远远达不到地心的地热，就像冰岛美丽的间歇泉一样，而只是利用了穿透地表的太阳热量。
一个地区的土壤储存多少热量，不仅取决于该地区的气候，还取决于土壤的成分。每个人都知道这种效果：有些材料在阳光下迅速升温，但当它变冷时也会迅速再次放出热量；另一方面，其他材料需要一段时间才能变暖，但随后也会保留热量。
在持续几年地法兰克福桥梁系统初步规划中，必须对大桥路线的每一段进行地质报告，确定地质构造及组成，和其温度性能。这是因为有些层能更好地储存热量，有些层则不那么好。
一个城市下面的地面通常是非常异质的，法兰克福的情况就是如此。通俗地说，你可以说美因河以南往往是沙质的，而美因河以北，你在挖掘时很快就会遇到粘土。如果一根柱子被放置在沙质环境中，它更容易吸收热量，但也更快地再次释放热量。另一方面，粘土质地的土壤需要更长的时间来加热，但却能保留更长时间的热量。
在接近地表的地方，土壤储热能力的另一个重要因素是地下水，在法兰克福挖掘时，只需几米就会遇到地下水：如果大量的地下水以相对较高的速度渗入土壤（如非常砂质的土壤），那么这就会对桩体向上的热量输送产生两个方向的影响。一方面，这意味着一定的基础温度总是 "流进来"，因为法兰克福地下水的温度在12至14摄氏度之间，在某些情况下甚至更高。另一方面，在夏天，被储存的额外热量也会更快地再次被输送走。
因此，如果你想计算你能从法兰克福的地下获得多少热量，或者你能在那里储存多少热量，你需要针对不同地质段的复杂地热计算模型。
法兰克福地下的地下水平均温度为12至14℃，与流经的土壤相似。柱子的堆积物在冬季从地面上提取热量，但在夏季也将大量的热量反馈给地面（否则土壤会经年累月地降温）。
现在很容易想象，地下水在沙质土壤中的流动速度比在粘土层中的流动速度快。当它 "冲刷 "堆积物时，它们可以比干燥土壤更好地吸收来自周围环境13℃的热量。但是，如果堆积物将热量传导下去，那么其中一些热量也会被地下水带走或冲走。
这就是为什么要确定每层土壤的流速，以推断出土壤长期储存热量的能力。
在法兰克福的大多数地方，地下水在地表附近的流速都很低。但也有零星的暴雨流。目前，法兰克福还没有全面的地下水模型。
在法兰克福，地下水在大约2至5米的深度，这取决于你的挖掘位置。这些还不是奔腾的河流（它们也存在，但大多更深），而是渗入地下的水分。
这是考虑到每米有多少热量可以被提取（W/m）的结果。这在不同的土层中是不同的，因此它的权重是以各自土层的厚度，即岩层厚度。
- 即各自的（W/m） x 各自的厚度（m）。
计算结果：在计算情景中，20米长的桩的热量提取（W）在885至1148W之间。因此，假设每根桩的平均取热量为1000瓦或1千瓦。
并非所有区段都能同时进行地热利用，因为能源桩相互影响，特别是当它们处于地下水流的方向。
因此，总距离（约60公里）被分为两个简化部分。
路段A：地下水流向的路段--这些路段的能量潜力降低。
路段B：其他路段--这些路段可以开发地热能源潜力。
该桥段长约60公里，由约15,000根柱子支撑，其中12,750根柱子配备了地热桩。由于在一年的8760个小时中，只有三分之一的时间（2700个小时）是在使用地热桩系统，几乎所有桩的使用都有时间差。
一些城市已经有了痛苦的经验：如果只通过近地表的地热能永久地从地球上获取热量来为房屋供暖，而不同时将热量送回地面，那么地面就会逐年降温。
因此，在众多冬天中的第一个冬天，可以从法兰克福的地下提取热量。法兰克福的地面和地下水的平均温度约为14℃。然而，就在下一个冬天，土壤温度在取热点上已经略低。几年下来，这种影响加起来就是几摄氏度的温度损失。因此，每年夏天必须对土壤进行 "再生"，这意味着必须将热量再次送入土壤。
在法兰克福桥梁系统的案例中，有两个热源用于再生：（1）夏天大桥建筑的住宅制冷；（2）PVT模块（光伏热收集器）的热量。通过这些所谓的 "耦合系统"，当加热的液体从上面通过探针流下来，向周围的土壤释放热量时，地面温度得到恢复。
作为本可行性研究的一部分，利用提供地面温度再生的耦合系统，对肯尼迪大街上的法兰克福桥梁系统的一个部分模拟了100年来的探测入口温度的发展。
该结果证实了耦合系统的有效性。最高的探头入口温度只出现在第一年（11.1°C），一直下降到第100年（10.8°C）。第一年的最低探头入口温度为9.4°C，到第100年时降至9.1°C。
再生的很大一部分是通过夏季建筑冷却产生的热量实现的，其余的是通过冬季晴天的太阳能热能实现的。
在建造法兰克福桥梁系统的地方，作为建设项目的一部分，必须对大桥下面的道路路面进行更新。这个机会被用来在公路沿线放置探测场。
这些探测器的深度可达250米。前20米是很好的绝缘层，因为它们有可能会穿过含有地下水的土层，从而提前放出热量或加热地下水。对于剩下的几米，他们再将热量释放到周围的土地里进行储存。
PVT混合光伏热收集器同时产生电力和热量。使用PVT混合集热器，在光伏组件的背面有一个集热器，吸收太阳光的热量，并能将其传递给热交换器。有时，光伏和热能收集器这两种功能组件被分别安装在屋顶上。
在法兰克福桥梁系统上，PVT混合型集热器位于屋顶、雨棚、桥体两侧和桥梁建筑的外墙。此外，桥梁旁边的停车场也配备了PVT混合收集器。
通过100万平方米的PVT混合集热器，大约产生303GWh/a的热量；其中大约一半在桥梁上，另一半在桥梁旁边的停车场屋顶。
大约80%的热量（246 GWh/a）是在夏季产生的，此时几乎没有供热需求。因此，所产生的热量在夏季被储存在地下的BTES（钻孔热能储存）中，并在冬季取回用于低温下的加热。
在冬季，其余20%的热量（57GWh/a）被产生。这将直接传递给消费者用于供暖。
根据法兰克福余热登记册，每年1660亿瓦时的电量划分如下：
•100 MW（876 GWh）来自废水的热量
•40 MW (350 GWh)来自工业园区的废热
•来自数据中心的50兆瓦（438吉瓦时）的废热
这大约是法兰克福家庭热量消耗的三分之一，但这些热能只能作为低能耗的废热，因此只能在有热泵加热的建筑中使用。
然而，到目前为止，法兰克福的数据中心或工业园区的废热根本无法利用，因为没有管道系统可以将加热后的盐水液体输送到建筑用户的热交换器。 不幸的是，它也不能被输入Mainova的区域供热管道，因为它是为80至90℃的热液体设计的。
因此，法兰克福桥梁系统的建设将沿着大桥建立一个管道系统，不仅储存地下PVT混合集热器收集的热量，而且还收集和传输来自数据中心和工业园区的废热，例如主要沿Hanauer Landstrasse和Sossenheim所找到的。
对于这些数据中心和工业园区来说，法兰克福桥梁系统代表着他们的废热在建筑或其他消费者直接联系。
从4月到9月，来自PVT模块的约300GWh/a低温热能（约35℃）和来自数据中心的废热被储存在地下。但在1月至3月和10月至12月期间，产生的热量要么被输送到地下进行再生，要么直接传递给消费者。
法兰克福桥梁系统提供了在战略上有利的位置安装探针场的可能性，即所谓的钻孔热能储存器(BTES)，例如在桥下的供应中心或道路下面，以储存多余的热量--正如其名称所示。通过这种方式，在供应（夏季）和需求（冬季）之间的时间可以被调和和弥补。
单个地热探针的储存效率相对较低。因此，安装了所谓的 "地热探针阵列场"，这些热交换场以圆形或方形排列时最有效地储存热量。建议距离小于10米（最好是3至5米）。
对效率有决定性作用的其他因素：
底层土的热属性
地下水流速
表面积与体积之比
工作温度和时间
为了估计存储潜力和利用效率，可以建立数值模型，并对存储运行进行长期模拟。
该模型计算了每个存储周期所存储和提取的热能以及出口温度，从而计算出钻孔热能储存器的存储效率。
假设：
•有4×8的模型，即32个地热探测器（EWS），每个间隔4米。
•夏季提供的水温为35℃，冬季为4℃
•上层含水层至地面以下10米，然后是粘土
•地面以下20至200米的地热探测器（切片5-23）
•水力梯度为6.5‰
•地热探测器作为一维线元素实现
BTES的地热探测器：
•U型探头尺寸标准
•150毫米的孔径
•32毫米的探头直径
•恒定体积流量，每个探头10立方米/天
•简化的方法：没有复杂的地热探测器连接方式，每个钻孔热能储存器是单一的电路
1.情景1（S1）。储存的理想情况是完全连续的粘土层，水力渗透率为kf=10-7 m/s，因此几乎没有通过流动的地下水进行对流热损失。
2.情景2（S2）。粘土被两个厚度为2米和8米的沙层（kf=2*10-4米/秒）打断，因此增加了5％的对流热损失。
3.情景3（S3）。粘土被四个沙层（kf=2*10-4米/秒）打断，总厚度为50米，因此增加了25％的对流热损失。
模拟结果显示了10年运行期内的入口和出口盐水温度。所有方案中，冬季的入口温度（T-In）被设定为4℃，夏季为35℃（PVT混合集热器的出口温度）。所有方案中，出口温度（T-Out）在供热期间（冬季）下降，在储存期间（夏季）上升。
不同情况下的模型结果。地热探测器中的输入和输出温度
•出口温度随着储存阶段的对流损失增加而降低
•在热量提取阶段，出口温度非常相似
为什么模拟显示冬天的出口温度相似？尽管与S3（大量沙子）相比，S1（只有粘土）的温度梯度更高，因为储存的热量没有从地下水中运走，但由于几乎没有任何对流热传输，地热探测器和储存量之间的热交换也同时降低。
在有地下水流动的情况下，可以提取稍多的能量，但也要投入大量的能量。
储存效率：
•S1: ~ 87 %
•S2: ~ 78 %
•S3: ~ 63 %
对流损失对储存效率有很大影响。
如果考虑到连接方式和控制等因素，存储效率会大大降低。
根据模拟模型，用32个井眼热交换器可储存650兆瓦时的热能（12*28=336平方米）。为了储存296 GWh/a，大约需要455组32个井眼热交换器或大约155,000平方米的表面区域。
每个供应中心下面都可以安装地热探测器。有200个供应中心，平均表面积为100平方米，因此，在供应中心的建设过程中，有20000平方米的表面积已经可以配备钻孔热交换器。
除了数据中心和卡塞拉工业园外，还可以再安装5000平方米的地热探头，以储存从法兰克福大桥东臂和西臂收集的热量。
剩下的13万平方米的空间需要沿着法兰克福大桥60公里长的路线： 当它们建成后，无论如何都要对超建的路面进行大面积的更新。在这里，所有必要的地热探测场都可以安装在13万平方米上。
路线A的储热效率高，因为平行的地下水流向导致能量柱的相互影响，阻止了热量向储存区外的输送。
此外，路线A将桥梁很好地分布在三个区域（东、中、西）。这缩短了能量传输的长度，减少了热损失，提高了热存储的效率。
•约12公里，20米宽：24万平方米
•其中15万平方米配备了钻孔储热系统，主要在横断面旁边（用黑色圆圈表示）。
在地下2米左右，即不结冰区，有一条环形线路，柱桩中的探头和街道下的地热探测场都与之相连。通过这些隔热性能特别好的连接管道，加热的液体可以始终流向需要的地方。客户是桥上的建筑，桥边的温室和游泳池，在遥远的未来，还有桥边的住宅和办公楼。
光伏组件的太阳能热能产生的盐水通过管道沿着柱子流向地面，然后在一个共同的连接管道中继续流向供应中心。它要么用于供暖（在冬季），要么储存在地下，需要时再运回供应中心。在那里，热量通过一个热交换器转移到管道，继续向桥梁建筑和其他用户供暖。
另外，来自地面的水，被那里约14度的地面温度加热后，在柱桩中上升到地热环管，该环管低于地面约2米，所以它是不会冰冻的，并在供应中心地下室的水平上出来，供那里使用。
由于桥梁系统的所有支撑物都被地热激活，未来可能在桥梁旁边或下面建造的任何额外的 “建筑物 ”也能够以节能的方式进行加热。由于从一开始就与系统相连的沿桥每隔几百米规划的供应中心，所以额外建筑的连接都是没有问题的。
在法兰克福的桥梁系统上，不仅在桥梁建筑的屋顶上，而且在桥身的光伏组件后面以及沿桥的表面上，都创造了近xxx平方米的太阳能热能表面。有了这些热量，以及许多计算机中心的废热，桥梁下的地面不仅可以在冬季通过热量的提取后再生；事实上，送下去的热量可以远远多于拿出来的。理论上来说。
因为有一个限制性因素：地下水不能太热。在法兰克福城中的一些地方，由于高层建筑的地热能，温度已经达到18度以上。 这些已经是有问题的数值：地下水的过度升温会对居住在这个地区的几百种动物以及对净化地下水有巨大贡献的地下水生物的生态系统造成伤害。
因此，在法兰克福桥梁系统项目的初步规划阶段，必须与黑森州自然保护、环境和地质局一起仔细研究这些问题，就是有多大程度以及在哪些地方上的地热装置可以在地下储存热量。
目前，基础设施项目通常仍被认为是破坏环境的，而且由于混凝土建筑的二氧化碳排放，也对气候有害。
如果建筑本身用于能源生产和储存，或者在建设基础设施的过程中安装环境友好的可再生能源生产，那么这种建筑和自然之间的对比就可以消除。
在法兰克福大桥的案例中，支柱可用于从地面上产生能源；此外，建筑项目本身可用于在桥梁建设过程中沿着桥梁安装用于能源储存的探测场。