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Verfahren zur Beschleunigung des Schmelzens von Schnee und Eis
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von Schnee und Eis zur Beschleunigung des na- türlichen Schmelzens bei Lufttemperatur über 00 C bzw. bei Sonnenbestrahlung. Die Erfindung findet An- wendung in der Landwirtschaft, zur Regelung der Wasserversorgung von Wasserkraftwerken sowie zur Auf- lockerung von Eis in eisbedeckten Häfen.
Ein Verfahren zur Beschleunigung des Schmelzens von Schnee und Eis ist bereits bekannt, wonach man auf die Oberflächen von Schnee- und Eisfeldern polare organische Substanzen aufbringt, welche die
Verdampfung des Schmelzwassers und die Sublimation des Schnee- und Eiswassers herabsetzen. Die po- laren organischen Substanzen bewirken eine Hydrophobierung der Schneefläche, wobei jene Wasserschicht, die eine Schneefläche bedeckt, verdrängt wird. Um diese wasserverdrängende hydrophobe Schicht zu er- zielen, benötigt man wasserunlösliche oder zumindest in Wasser schwer lösliche Substanzen.
Das Verfahren nach der Erfindung zur Behandlung von Schnee und Eis zur Beschleunigung des natürlichen Schmelzens bei Lufttemperaturen über 00 C bzw. bei Sonnenbestrahlung zeichnet sich dagegen dadurch aus, dass dem Schnee oder Eis ein wasserlösliches Netzmittel zugefügt wird.
Beim Besprühen einer Schneeoberfläche mit einer Lösung, deren eine Komponente Wasser und deren andere ein wasserlösliches Netzmittel ist, wird der Verlauf des Schmelzens im Vergleich mit einer sonst gleichen Schneeoberfläche, die mit der gleichen Wassermenge ohne Netzmittelzusatz besprüht wird, ver- ändert. Im ersteren Fall (Oberfläche mit Netzmittellösung besprüht) schmilzt der Schnee durch natürliche Wärmezufuhr schneller als im letzteren Fall (Oberfläche nur mit Wasser behandelt).
Bei zwei Schneewürfeln von genau gleichem Charakter, Korngrösse, Dichte usw., von denen die Oberfläche des einen mit einem Netzmittel versetzt wird, wird der durch das Tauen gebildete Wasserfilm um die Eisteilchen durch das Netzmittel so verändert, dass er eine geringere Oberflächenspannung hat, wodurch das Wasser des Films in das Innere des Schneewürfels eintritt, die Dichte des Schnees in der Oberflächenschicht geringer und die im inneren Teil des Würfels und nach unten zu höher wird, da das Wasser durch die Benetzung zum Boden des Würfels hin wandert.
Das Schmelzwasser, welches in den Würfel eindringt, wird von einer gleich grossen Luftmenge ersetzt, welche mit der wärmeren Luft oberhalb des Würfels in Berührung steht. Durch Austausch mit der Aussenluft wird Wärme zugeführt, welche das Schmelzen des Schnees beschleunigt. Dies bedeutet, dass weitere warme Luft in die Schneemasse einströmen kann.
Da das Schmelzwasser von der mit dem Netzmittel behandelten Oberfläche den Schnee tief durchdringt, kommt es nicht mit der Luft oberhalb der Oberfläche in Berührung, wodurch dieses Wasser an der Verdampfung nicht teilnehmen kann.
Das Verhalten des Schmelzwassers an der Oberfläche des Schneewürfels, der nicht mit einem Netzmittel behandelt wurde, ist genau entgegengesetzt. Das freigesetzte Wasser dringt hier nicht mit der gleichen Leichtigkeit in den Schnee ein, sondern kann weit mehr verdampfen als im ersten Fall.
Da die Verdampfung Wärme erfordert, welche von der Schneeoberfläche entnommen wird, wird der Schnee abgekühlt, so dass sein Schmelzen verzögert und in manchen Fällen verhindert wird. Werden zwei Bechergläser aus Glas mit gleicher Grösse und Wandstärke mit gleichen Gewichtsmengen Schnee des gleichen Typs gefüllt und die Oberfläche in einem Fall mit einer Ne. tzmittellösung und im andern
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Fall nur mit Wasser, welches die gleiche Temperatur wie die Lösung hat, behandelt, wird der Schnee schmelzen, vorausgesetzt dass der Versuch in einem Raum mit einer Temperatur oberhalb Null Grad durchgeführt wird.
Ein Vergleich der beiden Bechergläser ergibt, dass im unteren Teil des Becherglases, zu dem Netz- mittel zugegeben wurde, relativ rasch Wasser auftritt, während dies im Becherglas ohne Netzmittel viel langsamer der Fall ist. Bei näherer Betrachtung dieser Erscheinung findet man, dass der Schnee in der obe- ren Schicht des Becherglases, dem ein Netzmittel zugefügt wurde, viel "trockener" ist als der Schnee im andern Becherglas. Im ersten Becherglas wanderte das Wasser auf ganz andere Art zum Boden als im zweiten Becherglas. Im letzteren Fall bleibt das Wasser zurück und umgibt auf Grund der Kapillarsau- gung zwischen den Schneekömern den Schnee. Bei Betrachtung der beiden Schneeoberflächen von oben sieht man, dass die Schneeoberfläche im Becherglas ohne Netzmittelzusatz nasser ist.
Auf Grund dieser Beobachtung wurden Versuche über das Auftauen von Schnee durchgeführt. Der
Schnee wurde zum Teil mit einem Netzmittel des Typs Berol Lanco (ein Alkylphenolpolyglykoläther mit einem Molgewicht von etwa 660), welches ein nichtionisches Netzmittel ist, in wässeriger Lösung und in einigen Fällen nur mit der gleichen Menge Wasser, das die gleiche Temperatur wie die Netzmittellösung hatte, behandelt. Diese Versuche wurden zum Teil in Räumen bei +220 C und zum Teil im Freien bei
Tauwetter durchgeführt.
Beide Arten von Versuchen zeigten das gleiche Ergebnis und ergaben, dass das Schmelzen von Schnee und Eis durch Netzmittel stark beschleunigt wird.
Zur Erläuterung der Erfindung werden im folgenden einige Versuche im Freien beschrieben, die zwischen dem 29. März und 27. April bzw. zwischen dem 21. April und 4. Mai auf offenem Land in der Ge- meinde GideÅa im Västernorrland (Schweden) durchgeführt wurden.
Versuch 1 : Am 29. 3. 1961 wurden 5 Felder von 60 m Länge und 1 m Breite auf flachem Grund in einem offenen schneebedeckten Feld markiert. Das Feld Nr. 1 wurde nur mit Wasser, insgesamt 12,5 l, besprüht. Das Besprühen erfolgte so homogen wie möglich, wobei ein Druck-Sprühgerät verwendet wurde, welches die Zugabe von Wasser und der Lösungen in sehr fein verteilter Form ermöglichte. Das Feld Nr. 2 wurde wie Nr. 1 mit 12, 5 1 Wasser behandelt, welches jedoch 50 g Berol Lanco enthielt, entsprechend etwa 0,8 g Netzmittel/m Schneeoberfläche. Breite und Länge der besprühten Fläche waren gleich wie beim Feld Nr. 1.
Das Feld Nr. 3 mit der gleichen Breite und Länge erhielt 12,5 l Wasser, welches 10 g Russ enthielt.
Das Feld Nr. 4 mit der gleichen Länge und Breite wurde mit 12, 5 1 Wasser behandelt, dem 50 g Berol Lanco und 10 g Russ zugefügt worden waren. Das Feld Nr. 5 mit der gleichen Länge und Breite wurde mit 12, 51 Wasser behandelt, dem 100 g Berol Lanco und 10 g Russ zugefügt worden waren.
Unmittelbar nach dem Besprühen wurde an drei Stellen jedes Feldes die Schneetiefe gemessen, wobei eine Stelle in der Mitte des Feldes und die zwei ändern 20 m von der Mitte entfernt in Richtung der beiden gegenüberliegenden Enden lagen. Die späteren Messungen der Schneetiefe wurden an den gleichen Stellen wie die erste Messung ausgeführt, wobei an jeder Stelle jedes Mal drei Messungen durchgeführt wurden. Diese Werte sind in Tabelle 1 als Mittelwerte enthalten.
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Tabelle 1
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<tb>
<tb> Datum <SEP> Mittlere <SEP> Schneetiefe <SEP> (cm)
<tb> Feld <SEP> 1 <SEP> Feld <SEP> 2 <SEP> Feld <SEP> 3 <SEP> Feld <SEP> 4 <SEP> Feld <SEP> 5
<tb> 29. <SEP> 3. <SEP> 40, <SEP> 3 <SEP> 40, <SEP> 0 <SEP> 36, <SEP> 7 <SEP> 37, <SEP> 7 <SEP> 43, <SEP> 0 <SEP>
<tb> 15. <SEP> 4. <SEP> 39, <SEP> 0 <SEP> 33, <SEP> 7 <SEP> 30, <SEP> 7 <SEP> 33. <SEP> 3 <SEP> 39, <SEP> 0 <SEP>
<tb> 17. <SEP> 4. <SEP> 31, <SEP> 0 <SEP> 25, <SEP> 0 <SEP> 21, <SEP> 3 <SEP> 21,7 <SEP> 28, <SEP> 0
<tb> 21. <SEP> 4. <SEP> 19, <SEP> 7 <SEP> 10, <SEP> 3 <SEP> 11, <SEP> 3 <SEP> 5, <SEP> 0 <SEP> 13, <SEP> 3 <SEP>
<tb> 22. <SEP> 4. <SEP> 19, <SEP> 0 <SEP> 7, <SEP> 7 <SEP> 11, <SEP> 0 <SEP> 4, <SEP> 0 <SEP> 9, <SEP> 0 <SEP>
<tb> 23. <SEP> 4. <SEP> 14, <SEP> 0 <SEP> 1, <SEP> 7 <SEP> 7, <SEP> 7 <SEP> 0, <SEP> 7 <SEP> 4, <SEP> 0 <SEP>
<tb> 24. <SEP> 4.
<SEP> 9, <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 2, <SEP> 3 <SEP> 0 <SEP> 0
<tb> 25. <SEP> 4. <SEP> 6. <SEP> 3 <SEP> 0 <SEP> 0, <SEP> 7 <SEP> 0 <SEP> 0
<tb> 26. <SEP> 4. <SEP> 1, <SEP> 7 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0
<tb> 27. <SEP> 4. <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0
<tb>
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Tabelle 2
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<tb>
<tb> Datum <SEP> Mittlere <SEP> Schneetiefe <SEP> (cm) <SEP>
<tb> Feld <SEP> 6 <SEP> Feld <SEP> 7 <SEP> Feld <SEP> 8
<tb> 21. <SEP> 4. <SEP> 45,6 <SEP> 50,8 <SEP> 53, <SEP> 4 <SEP>
<tb> 25. <SEP> 4. <SEP> 30, <SEP> 2 <SEP> 43, <SEP> 2 <SEP> 47, <SEP> 3 <SEP>
<tb> 26. <SEP> 4. <SEP> 26, <SEP> 3 <SEP> 36,9 <SEP> 42,6
<tb> 27. <SEP> 4. <SEP> 17, <SEP> 3 <SEP> 30, <SEP> 8 <SEP> 35, <SEP> 3 <SEP>
<tb> 28. <SEP> 4. <SEP> 12, <SEP> 3 <SEP> 24, <SEP> 8 <SEP> 30, <SEP> 7 <SEP>
<tb> 29. <SEP> 4. <SEP> 0, <SEP> 8 <SEP> 17, <SEP> 3 <SEP> 24, <SEP> 8 <SEP>
<tb> 30. <SEP> 4. <SEP> 0 <SEP> 12, <SEP> 6 <SEP> 22, <SEP> 2 <SEP>
<tb> 1. <SEP> 5. <SEP> 0 <SEP> 4, <SEP> 0 <SEP> 15, <SEP> 6 <SEP>
<tb> 2. <SEP> 5. <SEP> 0 <SEP> 0, <SEP> 3 <SEP> 11, <SEP> 1 <SEP>
<tb> 3. <SEP> 5. <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 1, <SEP> 1 <SEP>
<tb> 4. <SEP> 5.
<SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0
<tb>
EMI4.2
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Ergebnisse
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<tb>
<tb> Datum <SEP> Mittlere <SEP> Schneetiefe <SEP> (cm)
<tb> Feld <SEP> 1 <SEP> Feld <SEP> 2 <SEP> Feld <SEP> 3 <SEP> Feld <SEP> 4 <SEP>
<tb> 28. <SEP> 3. <SEP> 94, <SEP> 0 <SEP> 94, <SEP> 0 <SEP> 97, <SEP> 0 <SEP> 97, <SEP> 0 <SEP>
<tb> 30. <SEP> 3. <SEP> 94,0 <SEP> 94, <SEP> 0 <SEP> 96, <SEP> 0 <SEP> 96, <SEP> 0 <SEP>
<tb> 7.4. <SEP> 115,0 <SEP> 112,0 <SEP> 113,0 <SEP> 114,0
<tb> 21. <SEP> 4. <SEP> 75, <SEP> 0 <SEP> 53, <SEP> 0 <SEP> 63, <SEP> 0 <SEP> 63,0
<tb> 23. <SEP> 4. <SEP> 61,0 <SEP> 46,0 <SEP> 49,0 <SEP> 51,0
<tb> 25. <SEP> 4. <SEP> 53, <SEP> 0 <SEP> 32, <SEP> 0 <SEP> 38, <SEP> 0 <SEP> 39, <SEP> 0 <SEP>
<tb> 27. <SEP> 4. <SEP> 45, <SEP> 0 <SEP> 23, <SEP> 0 <SEP> 30, <SEP> 0 <SEP> 31, <SEP> 0 <SEP>
<tb> 29. <SEP> 4.
<SEP> 41, <SEP> 0 <SEP> 15, <SEP> 0 <SEP> 24, <SEP> 0 <SEP> 24, <SEP> 0 <SEP>
<tb> 1. <SEP> 5. <SEP> 37, <SEP> 0 <SEP> 8, <SEP> 0 <SEP> 18, <SEP> 0 <SEP> 20, <SEP> 0 <SEP>
<tb> 2. <SEP> 5. <SEP> 32, <SEP> 0 <SEP> 3, <SEP> 0 <SEP> 16, <SEP> 0 <SEP> 15, <SEP> 0 <SEP>
<tb> 4. <SEP> 5. <SEP> 27. <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 11,0 <SEP> 13, <SEP> 0 <SEP>
<tb> 5. <SEP> 5. <SEP> 23, <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 3, <SEP> 0 <SEP> 6, <SEP> 0 <SEP>
<tb> 6. <SEP> 5. <SEP> 19, <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 2, <SEP> 0 <SEP>
<tb> 7. <SEP> 5. <SEP> 16, <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0
<tb> 8. <SEP> 5. <SEP> 12, <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0
<tb> 9. <SEP> 5. <SEP> 5, <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0
<tb> 10. <SEP> 5.
<SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0
<tb>
Da die Wirkung auf die Benetzung durch die oberflächenaktiven Eigenschaften des in Frage stehenden Netzmittels zurückzuführen ist, ist die Auswahl des Netzmittels im wesentlichen eine finanzielle Frage und hängt von seinem Preis ab. Anwendbare anionaktive Netzmittel sind z. B. Alkylarylsulfonate, wie Dodecylbenzolsulfonat, Fettalkoholsulfate, wie Olylalkoholsulfat, sulfatiertes Walratöl, sulfatiertes Tall- öl, Türkischrotöl und sulfatierte Äthylenoxydkondensationsprodukte, wie sulfatierter Laurylpolyäthylenglykoläther. Die nichtionischen Netzmittel umfassen Kondensationsprodukte von Äthylenoxyd mit Alkyl-
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Nonylphenol,ne, wie Oleylamin.
Kationaktive Netzmittel umfassen Fettaminderivate, wie quaternäre Oleyl- und Cetalaminderivate und Äthylenoxydaddukte.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Behandlung von Schnee und Eis zur Beschleunigung des natürlichen Schmelzens bei LufttemperaturenüberO Cbzw. bei Sonnenbestrahlung, z. B. auf dem Gebiet der Landwirtschaft, zur Regelung der Wasserversorgung von Wasserkraftwerken, sowie zur Auflockerung von Eis in eisbedeckten Häfen, dadurch gekennzeichnet, dass dem Schnee oder Eis ein wasserlösliches Netzmittel zugefügt wird.