DE3217155A1

DE3217155A1 - Erdwaermegespeiste fahrbahn-heizungsanlage

Info

Publication number: DE3217155A1
Application number: DE19823217155
Authority: DE
Inventors: Wolfgang 7073 Lorch Hurich
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1982-05-07
Filing date: 1982-05-07
Publication date: 1983-07-14

Description

Erdwärmegespeiste Fahrbahn-Heizungsanlage
Die Erfindung betrifft eine erdwärmegespeiste Fahrbahn-Heizungsanlage nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, wie sie beispielsweise aus der US-PS 40 50 509 als bekannt hervorgeht.
Bei dieser Art von Fahrbahnbeheizung werden zum Austausch der Erdwärme vom Innern des Erdreiches aus zur Straßenoberfläche hin Wärmerohre verwendet. Dabei kann aufgrund einer entsprechenden Gestaltung des Wärmerohres der Wärmetransport in beiden Richtungen, d.h. vom Erdreich zur Fahrbahn und auch von der Fahrbahn zum Erdreich erfolgen.
Ein Nachteil der oben genannten Ausführungsart ist allerdings, daß es sich um komplizierte sperrige und empfindliche vorgefertigte Gebilde handelt, wobei durch die L-förmige Ausgestaltung eine umständliche und schwierige Mon tage unter hohem Aufwand betrieben werden muß. Bei Beschädigungen ist das System nur mit unvertretbarem Aufwand reparierbar. Das Vakuum muß aufrecht erhalten werden und gegelber Verunreinigungen besteht große Empfindlichkeit.
Außerdem ist der Wärmetransport von der Fahrbahn zum Erdreich nur bei hohem Temperaturgefälle denkbar.
Nach der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung P 31 43 237.9-25 ist eine erdwärmegespeiste Fahr- bahn-Heizungsanlage mit Wärmerohren auch möglich in Verbindung mit einer Zusatzheizung in Form einer elektrischen Widerstandsheizung bzw. Abwasserkanal, wodurch die Leistungsfähigkeit des reinen Wärmerohrsystems erhöht werden kann, wenn die Erdwärme nicht ausreicht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die erdwärmegespeiste Fahrbahn-iieizungsanlage dahingehend auszugestalten, daß sie bei geringem Temperaturgefälle und niedrigem Temperaturniveau einen Wärmetransport in beiden Richtung ermöglicht, daß der Wärmefluß in Zeiten, in denen kein Wärmeb.edarf an der Fahbahnoberfläche besteht, auch abgeschaltet werden kann und daß die Anlage außerdem leichter und unempfindlicher montierbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeickinenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
Der Wasserkreislauf ist weniger empfindlich gegenüber Schmutz und Ündichtigkeiten und kann daher ohne weiteres auf der Baustelle montiert werden; eine Vorfertigung dieses sehr sperrigen Wärmetransportsystems außerhalb der Baustelle ist nicht nötig wie bei Wärmerohren. Die Umwälzung des Wassers erlaubt einen Wärmetransport bei geringem Temperaturgefälle und niedrigem Temperaturniveau in beiden Richtungen und zwar atich ohne Umkehrung der Fließrichtung.
Außerdem kann durch Abschalten der Umwälzpumpe ein Wärmetransport unterbunden werden.
Der Wasserkreislauf kann sich bis in die Fahrbahn hinein erstrocken. Im Fahrbahnbereich können aber auch angenähert horizontal verlaufende Wärmerohre angeordnet sein, welche iiber Wärmetauscher an die Wasserkreisläufe angekoppelt sind; hierdurch erfolgt eine Wärmeverteilung an die Fahrbahn bei geringem Temperaturgefälle in Verlegungsrichtung der Wärmerohre.
Die in weiterer Ausgestaltung vorgesehene Zusatzheizung ermöglicht aufgrund einer Richtungsumkehr des Wärmetransportes auch ein Aufheizen des Erdreiches zu Zeiten in denen die Fahrbahn nicht beheizt werden muß und in de ren eine thermische Aufladung des Erdwärmespeichers wünschenswert ist. Im übrigen muß durch die Richtungsumkehr die Zusatzheizung nicht an der tiefsten Stelle des Wärmetransportsystems angeordnet sein, sondern sie kann oberflächennah untergebracht werden, was die Montage erleichtert. Die Energiezufuhr für diese Zusatzheizung kann künstlich durch elektrischen Strom erfolgen oder durch kostengiinstige Ausnutzung von ohnehin zur Verfügung stehender Abwärme.
Die Erfindung ist anhand zweier in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele im folgenden näher erläutert; dabei zeigen: Figur 1 einen Querschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erdwärmegespeisten Fahrbahn-Heizungsanlage mit fahrbahnverlegten Wärmerohren und Figur 2 eine perspektivische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispieles mit wasserdurchströmten Wärmetaus<:iierrohren in der Fahrbahndecke.
Die in Figur 1 gezeigte Fahrbahn 1 besteht im wesentlichen aus einem Unterbau 2 und der Fahrbahndecke 3. Die fahrbahnverlegten Wärmetauscherrohre 4 sind bei diesem Ausführungsbeispiel jeweils als zumindest angenähert horizontal verlau- fende Wärmerohre ausgebildet und in die Fahrbahn 1 flächendeckend und wärmeübertragend eingelassen. Die Energiezufuhr in Form von Wärme erfolgt am äußeren Ende der Wärmetauscherrohre Lt durch Wärmetauscher 9, die an Wasserkreisläufe 8 mit Umwälzpumpe 7 angeschlossen sind. Die darin befindliche Flüssigkeit ist vorzugsweise mit Frostschutzmittel versehenes Wasser; es können aber auch andere Flüssigkeiten in Betracht kommen. Diese Kreisläufe werden jeweils gebildet durch wasserführende Rohre 11, wobei am Rand oder im Abstand neben der Fahrbahn 1 jeweils ein Rohr vertikal nach unten - etwa 10 bis 15 m tief - verlegt ist, welches von einem größeren Rohr umschlossen wird, das als Wärmetauscher 10 zum Erdreich 5 hin arbeitet.
Je nach Temperaturunterschied zwischen Fahrbahndecke 3 und Erdreich 5 im Bereich der vertikal nach unten verlegten wasserführenden Rohre 10/12 erfolgt eine kontinuierliche Wärmezufuhr über den Wasserkreislauf 8 und die Umwälzpumpe 7 zum Wärmetauscher 9, der die Wärme an die fahrbahnverlegten Wärmetauscherrohre 4 abgibt und somit diese an die Fahrbahn 1 verteilt. Aufgrund der horizontalen Verlegung der in diesem Ausführungsbeispiel als Wärmerohrerausgebildeten Wärmetauscherrohre ist in ihnen ein Wärmetransport in beiden Richtungen möglich; d.h. bei Umkehrung des Temperaturgefälles an warmen Tagen kann Wärme auch von der Fahrbahn ins Erdreich zurücktransportiert werden, wobei die Fahrbahnoberfläche gewissermaßen als Sonnenkollektor wirkt.
Dadurch kann das als Wärmespeicher dienende Erdreich thermisc}l wieder regeneriert werden. Aufgrund einer Abschaltmöglichkeit der Umwälzung kann ein Wärmetransport zwischen Erdreicli und Fahrbahnoberfläche auch ganz unterbunden werderi, was vor allen Dingeii in Zeiten zweckmäßig ist, in denen die Fahrbahn zwar kalt aber sc]lnee- und eisfrei ist. Würde das Wärmetransportsystem nicht abschaltbar sein, so würde dem Erdreich unn) tigerwei so Wärme entzogen werden.
Ungeachtet dieser Möglichkeiten kann es trotzdem vorkommen, daß das Erdreich in der unmittelbaren Umgebung der vertikalen Rohre thermisch erschöpft ist, so daß die Fahrbahn nicht mehr aus dem Erdreich beheizt werden kann. Um bei solchen Zständen trotzdem die Fahrbahn schnee-und eisfrei halten zu können, ist an dem Ausführungsbeispiel eine Zusatzheizung 6 im Wasserkreislauf 8 angebracht, die jederzeit nach Bedarf zugeschaltet werden kann. Dadurch ist das Wärmetransportsystem unabhängig von der Erdwärme funktionsfähig. Aufgrund einer geeigneten Steuerung kann in Abhängigkeit von der Außen- bzw. Fahrbahntemperatur und anderen klimatischen Kenngrößen eine geeignete Fahrbahntemperatur bei geringstmöglichem Energieaufwand eingesteuert werden. Anstelle drier elektrischen Zusatzheizung kann auch Abwärme zu diesem Zweck ausgenutzt werden. Beispielsweise kann ein Abwasserkanal an den Wärmetransportsystemen entlanggeführt werden, wobei ein Wärmeaustausch zwischen dem Kreislaufwasser und dem Abwasser stattfindet.
Wenn innerhalb des Kreislaufsystems eine Umgehungsmöglichkeit der Wärmetauscherrohre 4 vorgesehen ist, so kann die Abwärme ohne Wärmeverlust an die Fahrbahn und an die Umgebung in das Erdreich abgeführt werden, wodurch dieses thermisch wieder auigeladeii werden kann.
Bei dem in Figur 2 dargesteEten weiteren Ausführungsbeispiel einer Fahrbahn-Heizungsanlage sind die fahrbahnverlegton Wärmetauscherrollre dz wasserführend und unmittelbar an den Wasserkreislauf angesclLlossen. Im Abstand neben der Fahrbahn sind aucli hier viele als Wärmetauscher zum Erdreich dienende llohre 10 ins Erdreich eingelassen, die vorlaufseitig, d.h. mit ihren inneren Rohren 12 an eine längsverlaufende Vorlatlf-SamlllellcituIlfr 13 angeschlossen sind. Rücklaufseitig, d. h. mit dem Hohlraum zwischen dem inneren Rohr 12 und dem äußeren Rohr 10 sind die Erdwärnie-Tauscher an eine weitere längsverlaufende Leitung, nämlich eine Rücklauf-Sammelleitung 14 angeschlossen. In der Fahrbahn 1 sind rechts und links ebenfalls Sammelleitungen wrlegt, zwischen denen sich oberflächennah die Wärmetauscherrohre 4 erstrecken. In größeren Abständen sind die fahrbahnverlegten Sammelleitungen vorlaufseitig und ablaufseitig mit den Vorlaufsammelleitungen 13 bzw. den Rücklauf-Sammelleitungen 14 verbunden (Verbindungsleitung 15 bzw. 16).
In den vorlaufseitigen Verbindungsleitungen 15 ist jeweils eine Umwälzpumpe 7 angeordnet; außerdem können in diesen vorlaufseitigen Verbindungsleitungen auch die Zusatzheizungen 6 angebracht sein.
Um die wärmeaufnehmenden Eigenschaften der Fahrbahn in der warmen Jahreszeit, aber auch an sonnigen Wintertagen zu erhöhen, kann das Fahrbahnmaterial wenigstens im oberflächennahen Bereich in der Masse dunkel eingefärbt oder die Oberfläche selber dunkel z.B. schwarz angestrichen sein. Zwar ist ein Asphaltbelag ohnehin dunkel, jedoch ist Asphalt schlechter wärmeleitend als heller Beton. Um die aufgenommene Wärme mit möglichst geringem Wärmestau und Verlust an die Wärmetauscherrohe 4, 4' weiterzuleiten, empfiehlt es sich alsoBeton zu nehmen, wobei dessen Wärmeleitfähigkeit durch Zumisciien von gut oder relativ gut wärmeleitenden Partikeln wie z.B. groben Kieselsteinen, Metallteilen in Form von Schrot oder Spänen oder dergleichen gesteigert werden kann. Zumindest im oberflächennahen Bereich bis zu den Wärmetauscherrohren 4, 4 ist die Verwendung eines solchen gut wärmeleitenden Betons zweckmäßig, der bei der Fahrbahnerstellung im unmittelbaren Anschluß an das Vergießen der unt eron Faiirba1inschichteii oben auf vergossen wird. Um den Wärmeübergang von der Fahrbahn an die Wärmetauscherrohre zu begünstigen, können Diese mit einer Vorrippung oder mit einer igelförmigen Verbolzung versehen sein, die innig in das Fahrbahnmaterial hineinragt.
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Claims

Patentansprüche 1. Erdwärmegespeiste Fahrbahn-Heizungsanlage mit oberflächennah in der Fahrbahn flächendeckend und wärmeiibertragend verlegten Wärmetauscherrohren und mehreren, jeweils diesen zugeordneten Wärmetransportsystemen, die sich im Bereich neben der Fahrbahn in die Tiefe des Erdreiches erstrecken und dort wärmeübertragend an das Erdreich angekoppelt sind, wobei die Wärmetransportsysteme eine Wärmeübertragung in beiden Richtungen ermöglichen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß die Wärmetransportsysteme jeweils aus einem eine Umwälzpumpe (7) enthaltenden Wasserkreislauf (8) bestehen.
2. Heizungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmetauscherrohr (4) als zumindest angenähert horizontal verlaufendes Wärmerohr ausgebildet ist, an das jeweils ein Wasserkreislauf (8) des Wärmetransportsystems über einen Wärmetauscher (9) angekoppelt ist.
3. Heizungsanlage nacli Anspruch 1 oder 2, d a d u r c 11 g e k e n n z e i c }1 n c t daß im Bereich des Wtirmetauscherrollres (I+) oder des Wärmetransportsystems ein WEirmetauscller (6) fiir eine Zusatzhei.-zuiig vorgesehen ist.
4. Heizungsanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzheizung (6) als elektrische Widerstandsheizung ausgebildet ist.
5. Heizungsanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzheizung im wesentlichen durch einen Kanal für ein Abwärme enthaltendes Medium z. B. durch einen Ab wasserkanal gebildet ist.
6. Heizungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß die Rohrleitungen (11) des Wärmetransportsystems in die fahrbahnverlegten Wärmetauscherrohre (4') übergehen.
7. lleizungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Fahrbahnmaterial wenigstens im Bereich zwischen den Wärmetauscherrohren (4, 4') und der Fahrbahnoberfläche gut wärmeleitender Beton verwendet ist, der gut wärmeleitende Partikel wie groben Kies, Metallschrot oder -späne oder dergleichen enthält.
8. Heizungsanlage nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß die Wärmetauscherrohre (4, 4') mit einer wärmeleitend in das Fahrballnrnaterial hineinragenden Verrippung, Verbolzung oder dergleichen versehen sind.
9. IIeizungsaiIlage nach Anspruch 7 oder 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c ii n e t da das leahrbahnmaterial wenigstens im Bereich der Fahrbahnoberfläche dunkel gefärbt bzw. eingefärbt ist.