DE3143237A1

DE3143237A1 - Erdwaermegespeiste fahrbahn-heizungsanlage

Info

Publication number: DE3143237A1
Application number: DE19813143237
Authority: DE
Inventors: Friedrich 7053 Kernen Bährle; Hubertus Prof. Dr. 7000 Stuttgart Christ; Helmut 7302 Ostfildern Wulf; Maximilian 7306 Denkendorf Wutz
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1981-10-31
Filing date: 1981-10-31
Publication date: 1983-05-26
Also published as: DE3143237C2

Description

Erdwärmegespeiste Fahrbahn-Heizungsanlage
Die Erfindung betrifft eine erdwärmegespeiste Fahrbahn-Heizungsanlage nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, wie sie beispielsweise aus der DE-OS 29 13 492 oder aus der US-PS 40 50 509 als bekannt hervorgeht.
Bei dieser Art von Fahrbahnbeheizungen werden zum Austausch der Erdwärme vom Innern doe Erdreiches aue zur Straßenoberfläche hin Wärmerohre verwendet, die sonkrecht in die Erde eingelassen und unterhalb der Fahrbahn horizontal abgebogen sind. Bei den speicherbaren Temperaturen im Erdinnern verdampft die Flüssigkeit im Wärmerohr. Der Dampf steigt nach oben auf und gibt bei der Kondensation im Bereich der Fahrbahndecke seine Wärme ab. Entlang der Rohrwandung fließt die Flüssigkeit zurück, so der der Kreislauf sich schließt.
Dank der relativ hohen Wärmespeicherkapazität des Erdreiches können auch über längere Kälteperioden hinweg auf dieso Weise Fahrbahnabschnitte beheizt werden. Aufgrund der Leistungsgrenzen des Erdreiches, die vor allem durch dessen Wärmeleitvermögen bestimmt ist und durch die relativ hoho Wärmespeicherkapazität der Fahrbahndecke kennen dio beheizten Fahrbahnabschnitte in ungünstigen Wittorungelagen nicht unter allen Umständen schnee- und eisfrei gehalten werden.
Insbesondere bei plötzlich einsetzendem Niederschlag nach einer Periode stärkeren Frostes besteht die Gefahr, daß der Niederschlag auf der unterkühlten Fahrbahn anfriert.
Aufgabe der Erfindung ist es, die zugrundegelegte erdwärmegespeiste Fahrbahn-Heizungsanlage dahingehend auszugestalten, daß auch während ungünstiger Witterungsumschwünge bzw.
perioden die beheizte Fahrbahn in jedem Falle schnee- und eisfrei gehalten werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Dank der zusätzlichen Fremdheizquelle kann künstlich erzeugte Energie zu Heizzwecken in die Fahrbahn übertragen werden und so ein Spitzenbedarf gedeckt werden. Die Fremdheizquelle kann als elektrische Widerstandsheizung ausgebildet sein; stattdessen kann aber auch Abwärme eines relativ niedrigen Temperaturniveaus nutzbringend für diese Zwecke ausgenutzt werden, indem der wärmeaufnehmende Teil der Wärmerohre mit einem Abwasserkanal wärmeübertragend verbunden wird.
Die Erfindung ist nachfolgend an'land zweier in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele noch kurz erläutert; dabei zeigen: Fig. 1 die perspektifische und schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispieles einer erdwärmegespeisten Fahrbahn-Heizungsanlage nach der Erfindung mit elektrischer Fremdheizquelle und Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit der Ausnützung der Restwärme von Abwasser als zusätzlicher Heizquelle.
Die in den Figuren dargestellte Fahrbahn 1 besteht im wesentlichen aus einem Unterbau 2 und einer Fahrbahndecke 3. In oberflächennahen Erdschichten wird während der warmen Jahreszeit Sonnenenergie regenerativ gespei chert, die im Winter entommen werden kann. Zur Ausnützung der Erdwärme für das Schnee- und Eisfreihalten der Fahrbahn sind Wärmerohre 4 vorgesehen, die mit ihrem Kondensationsteil 5 horizontal in die Fahrbahndecke flächendeckend und wärmeübertragend eingelassen sind und deren Verdampfungsteil 6 sich vertikal in die Tiefe des Erdreiches 7 hinuntererstreckt.
Das im Kondensationsteil 5 der Wärmerohre gebildete Kondensat läuft durch Kapillarwirkung im Rohrinnern in den Verdampfungsteil zurück und läuft dort an der Rohrwandung vertikal nach unten. Normalerweise liegen - auch im Winter - in etwa 10 m Tiefe im Erdreich Temperaturen im Bereich von etwa 8...10°C vor. Die Wärmerogre sind mit einer solchen Flüssigkeit versehen, die auch noch bei niedrigeren Temperaturen, z.B. bei -1....-2°C noch verdampft. Bei ausreichender Erdwärme verdampft das herablaufende Kondensat bereits während des Hinunterlaufens, so daß sich an der tiefsten Stelle des Verdampfungsteiles 6 kein oder nur sehr wenig Kondensat sammelt. Ist die in unmittelbarer Umgebung eines Wärmerohres im Erdreich gespeicherte Wärme vorübergehend erschöpft, so wird nur sehr wenig oder gar keine Flüssigkeit verdampft und das Kondensat sammelt sich mehr oder weniger vollständig an der untersten Stelle des Verdampfungsteiles. Die Wärmeübertragung vom Erdreich zur Fahrbahn kommt dann zum Erliegen. Um in solchen Zuständen gleichwohl die Fahrbahn schnee- oder eisfrei halten zu können, ist bei dem in Fig. l geæeigx ten Ausführungsbeispiel der Fahrbahnbeheizung an jedem Wärmerohr an der untersten Stelle eine elektrische Heiz- patrone 8 als zusätzliche Heizquelle angeordnet. Aufgrund elektrischer Energiezufuhr wird das dort gesammelte Kondensat verdampft und die Heizenergie an die Fahrbahn übertragen.
Die Heizpatronen werden aus einem elektrischen Netz 10 über ein Steuergerät 9 bedarfsweise gespeist. Dem Steuergerät sind mehrere Sensoren zugeordnet, deren Signalausgänge auf das Steuergerät geschaltet sind. So ist z.B.
ein Feuchtigkeitsmesser 11 zur Ermittlung der Luftfeuchtigkeit vorgesehen; bei Überschreitung eines Extremwertes der Luftfeuchtigkeit kann mit Niederschlägen gerechnet werden. Die Außentemperatur wird mit dem Außenthermometer 12 ermittelt; die Fremdheizquelle kann eingeschaltet werden, wenn die Außenlufttemperatur in Gefrierpunktnähe oder niedriger liegt. Die Fahrbahntemperatur wird durch ein Fahrbahnthermometer 13 erfaßt; auch ein Absinken der Fahrbahntemperatur unter gefrierpunktnahe Temperaturen kann eine Fremdbeheizung erforderlich machen.
Sinkt die Temperatur weit unter den Gefrierpunkt, z.B.
auf Werte unter -60C, so soll die Fremdbeheizung nicht mehr arbeiten wegen des damit verbundenen hohen Energieverbrauches. Auch bei trockenem Frost wird nicht fremdbeheizt, weil bei einer solchen Witterungslage keine Fahrbahnvereisung auftritt. Die Übertragungsleistung der Wärmerohre bzw. das Wärmeangebot vom Erdreich aus kann durch zwei weitere Thermometer an den Wärmerohren selbst ermittelt werden. Und zwar ist ein Wärmerohrthermometer 14 oberflächennah und ein weiteres Wärmerohrthermometer 15 in der Tiefe, beispielsweise etwa auf fünf Meter Tiefe, angeordnet. Solange noch eine positive Temperaturdifferenz zwischen dem Meßpunkt in der Tiefe und dem oberflächennahen Meßpunkt besteht, also ein Temperaturgefälle von der Tiefe zur Oberfläche hin vorhanden ist, deutet dies auf ein Fortbestehen des Wärmeflusses von Erdwärme hin. Sollte dieses Temperaturgefälle sich ausgeglichen haben und an beiden Meßpunkten etwa gleiche Temperaturen vorhanden sein, so deutet dies auf eine zumindest vorübergehende Erschöpfung der Erdwärme hing so daß auch bei einem solchen Zustand die Einschaltung der Fremdheizquelle bei Frost erforderlich wäre Das in Fig. 2 dargestellte einfachere Ausfülirungsbeispiel der zusätzlichen Beheizung der Fahrbahn zeigt eine Abwasserleitung 16, die entlang den unteren Wärmerohrenden entlangläuft und dessen Inneres mit ihnen jeweils wärmeübertragend verbunden ist. Erfahrungsgemäß ist Abwasser aufgrund des aus den Haushalten ablaufenden Warmwassers ständig deutlich oberhalb des Gefrierpunktes temperiert, so daß die darin enthaltende Abwärme für die Zwecke der Fahrbahnbeheizung mit ausgenutzt werden kann. Weitere Abwärmequellen stehen in der Industrie (BrauchwasserabfluB, Härtereien, Galvanik-Betriebe, Kühlwasser) und in Kraftwerken zur Verfügung Aufgrund eines geeigneten Dükers kann das Abwasser in einer fallenden Leitung zunächst auf Tiefe geleitet und nach der beheizten Strecke der Fahrbahn über eine Steigleitung wieder auf normales Verlegungsniveau der Abwasserleitungen angehoben werden. Da eine Beheizung der Rohre durch das Abwasser auch dann erfolgt D wenn die Fahrbahn gar keine Wärme benötigt, wird die in dies sen Zeiten vom Abwasser gespendete Wärme mit zur Aufheizung des Erdreiches benutzt. Durch die ständige Abs wärmezufuhr wird also das Erdreich während Frostpausen schneller regeneriert. Es steht dann bei erneuten Frost einbrüchen ein höheres Wärmeangebot zur Verfügung.

Claims

Patentansprüche 1. Erdewärmegespeiste Fahrbahn-Heizungsanlage mit in oder unter der Fahrbahndecke flächendeckend und wärmeleitend verlegten Wirmerohren, die sich im Bereich neben dor Fahrbahn in die Tiefe des Erdreiches erstrecken, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß an der unteraten Stelle der einzelnen Wärmerohre (4) zusätzlich jeweils eine vorzugsweise willkürlich in ihrer Wärmeentwichlung steuerbare Fromdheizquelle (8, 16) wärmeübertragend mit den Wärmerohren (4) verbunden ist.
2. Heizungsanlage nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Fromdhoizquelle als elektrische Widerstandshe@zung (8) ausgebildet ist.
3. Heizungsanlage nach Anspruch l, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Fremdheizquelle als ein an den untersten Enden neboneinander liegender Wärmerohre entlanglaufender wasserführender Kanel ausgebildet ist, in dessen Inneres die Wärmerohrenden wärmeübertragend hineinragen.
4, Heizungsanlage nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Kanal ein Abwasserkanal (16) ist0
5. Heizungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zu deren Steuerung ein Steuergerät (9) und wenigstens einer dor folgenden Sensoren vorgesehen sind, die mit ihrem Ausgang auf das Steuergerät (9) geschaltet sind; a) Luftfouchtigkeitsmesser (11), b) Außenthermometer (12), c) Fahrbahnthermometer (13), d) oberflächennahes Wärmerohrthermometer (14), 3) etwa in 4...10 m Tiefe angeordnetes Wärmerohrthermometer (15).