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Anordnung zum Beheizen und/oder Kühlen einer Schicht aus insbesondere
bituminösen Baustoffen, deren Verwendung sowie Verfahren zum verstellen eines beheizbaren
und/oder kühlbaren Verkehrsweges Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Beheizen
und/ oder Kühlen einer Solarstrahlung ausgesetzten Schicht aus insbesondere bituminösen
Baustoffen, deren Verwendung sowie ein Verfahren zum llerstellen eines beheizbaren
und/oder kühlbaren Verkehrsweges.
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Auf die Oberfläche von Verkehrswegen aus bituminösen Baustoffen, wie
Asphalt, einfallende Sonnenstrahlung kann insbesondere im ochsommer zu einer Aufheizung
der Asphaltdeckschichten auf Temperaturen von 600C und mehr führen. Ursache hierfür
ist insbesondere das schwarze Bindemittel Bitumen im Asphalt, das eine dunkle Oberflächenfärbung
mit entsprechend hohem Absorptionsvermögen für Sonnenstrahlen vorsieht. Hohe Temperaturen
der Asphaltdeckschicht bewirken wegen der thermoplastischen Eigenschaft des Materials,
dass dessen Verformungswiderstand stark herabgesetzt wird. Die Folgen sind die bekannte
Bildung von Spurrinnen und waschbrettartigen Verwerfungen vor Kreuzungen,Lichtsignalen,
Fussgängerüberwegen und dgl. sowie Eindrücke von Kraftfahrzeugreifen auch bei ruhendem
Verkehr. Abgesehen von der hierdurch beeinträchtigten Verkehrssicherheit sind die
für die Behebung solcher Fahrbahnschäden jährlich aufzubringenden Kosten und Mühen
erheblich.
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Während der kalten Jailrcszeit hat das thermoplastische Asphaltmaterial
zwar eine ausreicllende Festigkeit, doch besteht die Gefahr von Eis- und Schneeglätte.
Die bekannten Massnahmen zur Behebung von Eis- und Schneeglätte stellen
nicht
nur eine hohe Umweltbelastung dar, sondern sind ebenfalls mit erheblichem Arbeits-
und Kostenaufwand verbunden.
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Der Erfindung liegt daher allgemein die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung
zu schaffen, die eine wirtschaftliche und umweltfreundliche Beheizung und/oder Kühlung
von Solarstrahlung ausgesetzten Schichten aus insbesondere bituminösen Baustoffen
im wesentlichen ohne Einsatz von Primärenergie ermöglicht.
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Die erfindungsgemässe Anordnung zur Lösung dieser Aufgabe zeichnet
sich aus durch wenigstens ein erstes Fluiddurchlaufsystem, das in wä.rmeübertragender
Beziehung zu der zu beheizenden und/oder kühlenden bituminösen Materialschicht steht,
wenigstens ein zweites Fluiddurchlaufsystem, das in wärmeübertragender Beziehung
zu einem Wärmespeicher steht, und ein durch das erste und zweite Fluiddurchlaufsystem
zirkulierendes Wärmeübertragungsmedium.
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Durch die erfindungsgemässe Anordnung kann der bituminösen Materialschicht
insbesondere während der warmen Jahreszeit die durch die einfallende Sonnenenergie
bedingte Wärme entzogen und einem Wärmespeicher zugeführt werden. Der ständige Wärmeentzug
verhindert wirksam eine übermässige Aufheizung der bituminösen Materialschicht,
so dass die Festigkeit ds thermoplastischen Materials in einem Bereich gehalten
werden kann, bei dem die erwähnten Verforrttwsschäden wirksam verniieden wcrden.
Im Prinzip stellt die erfindungsgemässe Anordnung zuin Teil eine Art Sonnenkollektor
dar, der die einfallende Sonnenstrahlung in Wärme umsetzt und auf ein Wärmeübertragungsmedium,
z.B. Wasser, überträgt. Das Wärmeübertragungsmedium zirkuliert durch Konvektion
oder vorzugsweise Zwangsbeaufschlaqung durch das erste und zweite Fluiddurchlufsystc,
so das die Wärme von der bituminösen Material-
schicht in den Wärmespeicher
transportiert wird, solange der Wärmespeicher eine niedrigere Temperatur als die
bituminöse Material schicht hat. Die in dem Wärmespeicher gespeicherte Wärme kann
umgekehrt wieder in die bituminöse Materialschicht zurückgeführt werden, wenn die
Temperatur des Wärmespeichers grösser als die Temperatur der bituminösen Materialschicht
ist. Vorzugsweise sorgt eine Regeleinrichtung dafür, dass Wärme solange von der
bituminösen Material schicht in den Wärmespeicher transportiert wird, solange der
Wärmespeicher eine niedrigere Temperatur als die bituminöse Materialschicht aufweist,
und dass bei tiefer Aussentemperatur und gleichzeitig vorhandener Feuchtigkeit die
Wärme aus dem Wärmespeicher in die bituminöse Materialschicht transportiert wird.
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Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der erfindungsgemässen Anordnung
ist daher das Beheizen und/oder Kühlen der bituminösen Deckschichten von Verkehrswegen,
wie Strassen, Fahrbahnen, Gehwegen, Parkplätzen, Flugplätzen und dgl., um die Verkehrswege
ganzjährig in einem Temperaturbereich zwischen 0°C und z.B. +300C zu halten. Die
Erfindung ist jedoch auf dieses Anwendungsgebiet nicht beschränkt, sondern kann
z.B. für die ganzjährige Temperierung von Dachabdekkungen oder dgl. aus bituminösen
Baustoffen wirksam eingesetzt werden.
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Bei dem Wärmespeicher kann es sich um einen Erdwärme-, Latent-, Massen-,
Flüssigkeitsspeicher und dl. handeln. Entsprechend dem bevorzugten Anwendungsbiet
der erfindungsgemässen Anordnung handelt es sich vorzugsweise bei dem Wärmespeicher
um einen Erdwärmespeicher, der gleichzeitig den Unterbau des Verkehrsweges darstellen
und ganz oder teilweise aus dem ausgehobenen Erdreich bestehen kann.
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Ein Verfahren zum Verstellen eines beheizbaren und/ oder kühlbaren
Verkehrsweges, insbesondere einer Fahrbahn oder dgl., mit wenigstens einer Schicht
aus insbesondere bituminösen Baustoffen, die auf einem Unterbau angeordnet ist,
sieht demcjemäss vor, dass man Erdreich bis zu einer geeigneten Tiefe aushebt, wenigstens
teilweise die gebildete Grube mit einem wärme- und feuchtigkeitsisolierenden Material
auskleidet,in den von dem isolierenden Material ausgekleideten Teil der Grube wenigstens
ein Durchlaufsystem für ein Wärmeübertragungsmedium anordnet, die Grube mit einem
Material mit wärmespeichernder Eigenschaft, vorzugsweise mit dem ausgehobenen Erdreich,
füllt, so dass das Durchlaufsystem darin in wärmeübertragender Beziehung eingebettet
wird, wenigstens ein weiteres Durchlaufsystem für das Wärmeübertragungsmedium in
wärmeübertragender Beziehung zu der auf dem Unterbau vorzusehenden Schicht'aus bituminösem
Baustoff anordnet und in dem bituminösen Baustoff einbettet, und die Durchlaufsystem
unter Bildung eines Umlaufweges für das Wärmeübertragungsmedium miteinander verbindet.
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Bei optimaler Wahl aller zu berücksichtigenden Faktoren, wie z.B.
der Wärmeleitfähigkeit i der bituminösen Deckschicht einer l'allrballn, die von
der Zusammensetzung des bituminösen nustoi-fcs abhängig ist und möglichst gross
sein sollte,des W;irmeübertrae3ungskoeffizienten « zwischen Luft und bituminöser
Deckschicht, der möglichst klein sein sollte, des Abstcuidcs zwischen der Oberfläche
der bituminösen Deckschicht und dem darin eingebetteten Fluiddurchlaufsystem, der
Art und Ausbildung des Wärme-
speichers usw. kann eine Herabsetzung
der Temperatur der bituminösen Deckschichten von Verkehrswegen im Sommer von z.B.
600C auf etwa 30"C unter entsprechender Erhöhung der Materialfestigkeit bewirkt
werden.
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Rissbildung im bituminösen Deckschichtmaterial bei tiefen Temperaturen
im Winter sowie Eisbildung lassen sich wirksam durch Zufuhr der im Wärmespeicher
gespeicherten Wärme in die bituminöse Deckschicht verhindern, indem diese im Bedarfsfall
auf eine Temperatur zwischen 0°C und ca. 4"C erwärmt werden kann.
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Wärmespeicher der erwähnten Art einschliesslich der preisgünstigen
reinen Erdwärmespeicher, die gleichzeitig den Unterbau von Strassenbefestigungen
darstellen können, haben ein ausreichend hohes Wärmespeichervermögen, um die bituminösen
Deckschichten von Verkehrswegen ganzjährig auf Temperaturen zwischen 0°C und 300C
halten zu können. Ein Einsatzgebiet, für das sich die erfindungsgemässe Anordnung
besonders eignet, ist bei Start- und Landebahnen von Verkehrsflughäfen, die z.B.
eine Länge von 2000 m und mehr und eine Breite von 50 bis 60 m haben können.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter
Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine quergeschnittene
Ansicht einer Fahrbahn mit einer erfindungsgemäss aufgebauten Anordnung zum Beheizen
und/oder Kühlen der Fahrbahndeckschicht, und Fig. 2 eine schematische perspektivische
Ansicht eines Durchlauf- und Steuersystems für ein Wärmeübertragungsmedium für die
Anordnung nach Fig. 1 Nach Fig. 1 und 2 umfasst die erfindungsgemässe Anordnung
zum Beheizen und/oder Kühlen der oberen oder Deckschicht einer Fahrbahn oder Strasse
eine Verteilerleitung 1, die sich vorzugsweise längs der zu beheizenden bzw. kühlenden
Fahrbahnstrecke,von aussen zugänglich,erstreckt und durch die ein Wärmeübertragungsmedium
fliessen kann, worauf später noch näher eingegangen wird. Die Fahrbahn kann, wie
in Fig. 1 gezeigt, eine sog. Befestigung, bestehend aus der oberen Deckschicht 20,
einer Binderschicht 22 und einer unteren Traqschicht 23,umfassen, die auf einem
Unterbau angeordnet ist. Die Deckschicht 20, die Binderschicht 22 und die untere
Tragschicht 23 bestehen gewöhnlich aus einem bituminösen Baustoff, wie Asphalt,
doch wird vereinzelt auch Zementbeton für diese Schichten verwendet.
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Wie in Fi(J. 2 rstellt, zweigen von der Verteilerleitung 1 ein oder
mehrere Wärmeaustauscheinheiten A, A' (von denen in Fig.2 nur zwei gezeigt sind)
ab, die längs der zu beheizenden bzw. kühlenden Fahrbahnstrecke in einem geeigneten
Abstand von z.B. 0,5m w.pneinulder stehen. Jede Wärmeaustauscheinheit A, A' umfasst
ein erstes oder oberes Durchlaufsystem für das Wärmeübertragungsmedium in Gestalt
wenigstens einer Rohrleitung 2, 2', die in einer im wesentlichen horizontalen
Ebene
ein- oder mehrfach mäanderförmig gehoben und in oder nahe bei der oberen Dcckscllicllt
20 der Fahrbahnbefestigung 19 gemäss Fig. 1 vorgesehen ist. Des weiteren umfasst
jede Wärmeaustauscheinheit A, A' ein zweites oder unteres Durchlaufsystem für das
Wärmeübertragungsmedium in Gestalt wenigstens einer Rollrleitung 3, die ebenfalls
in einer im wesentlichen horizontalcn Ebene unterhalb der Ebene der ersten Rohrleitung
2 ein- oder mehrfach mäanderförmig nehoqen verläuft. Wenn erwünscht, kann das zweite
Durchlaufsystem eine dritte Rohrleitung 4 umfassen, die in einer im wesentlichen
horizontalen Ebene unterhalb der Ebene der zweiten Rohrleitung 3 angeordnet ist.
Das zweite Durchlaufsystem mit den Rohrleitungen 3 und 4 ist im Material eines tei
24 angedeuteten Wärmespeichers eingebettet, worauf später noch näher eingegangen
wird.
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Die Rohrleitungen 2, 3 und 4 der einzelnen Wärmeaustauscheinheiten
A sind in Reihe hintereinander geschaltet, so dass das Wärmeübertragungsmedium die
Rohrleitungen 2, 3 und 4 nacheinander durchströmen kann. Die Rohrleitung 2 des ersten
oder oberen Durchlaufsystems jeder Wärmeaustauscheinheit A steht in Verbindung mit
der Verteilerleitung 1, während die jeweilig unterste Rohrleitung des zweiten oder
unteren Durchlaufsystems in Verbindung mit einer Verteilerleitung 5 steht, die über
eine Umwälzpumpe 7 mit der Verteilerleitung 1 verbunden ist. Für das Wärmeübertragungsmedium
wird auf diese Weise ein geschlossenes Umlaufsystem, bestehend aus der Verteilerleitung
1, den Rohrleitungen 2, 3 und 4 der Wärmeaustauscheinheiten A, der Verteilerleitung
5 und der Umwälzpumpe 8, geschaffen. Vorzugsweise sind die Verteilerleitungen 1
und 5 so in Bezug auf die Wärmeaustauscheinheiten A, A' verlegt, dass die Stricken,
die das Wärmeübereragungsmedium von der Umwlilzpuml,c 7 durch jede Wärmeaustauscheinheit
A und zurück zur Umwälzpumpe durchströmt, im wesentlichen längs der Länge der zu
beheizenden oder kühlenden Fahrbahnstrecke gleich sind. Ilierdurch wird eine gleichmässige
Beaufschlagung der Wärmeaustauscheinheiten A, A'
durch das Wärmeübertragungsmedium
sichergestellt, so dass längs der Fahrbahnstrecke im wesentlichen gleiche Heiz-und/oder
Kühlwirkung vorliegt.
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Wie insbesondere Fig. 2 weiter zeit, kann das Umlaufsystem für das
Wärmeübertragungsmedium ferner aufweisen: ein in der Verteilerleitung 5 vorgesehenes
und vorzugsweise automatisch wirkendes Entlüftungsventil 6 zur Entlüftung des Umlaufsystems,
einen Ausgleichsbehälter 8 zur Kompensation der unterschiedlichen Ausdehnung des
Wärmeübertragungsmediums bei Temperaturänderüngen, der ebenfalls oit der Verteilerleitung
5 verbunden sein kann, einen mit der Verteilerleitung 5 über ein Ventil 9 verbundenen
Druckentlastungsbehälter 10, in den das Wärmeübertragungsmedium bei Uberschreiten
eines bestimmten maximalen Druckes, der zu einem Öffnen des Ventiles 9 führt, abgeleitet
werden kann, und ein Absperrventil 11 zum Entleeren bzw. Füllen des Umlaufsystems.
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Ferner kann eine elektrischc Steuereinrichtung 12 zur Steuerung des
Betriebes der Umwälzpumpe 7 aufgrund bestimmter Signale vorgesehen sein, worauf
später noch näher eingegangen wird.
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Fig. 1 zeigt, wie das Umlaufsystem nach Fig. 2 für das Wärmeübertragungsmedium
in den Querschnitt einer Fahrbahn integriert ist. Der Fahrbahnaufbau aus den vorerwähnten
Schichten 20, 22, 23, die zusammen die Fahrbahnbefestigung 19 bilden, und dem Unterbau
ist qrundsätzlich bekannt. Bezugleich weiterer Details kann z.B. auf LUEGER "Lexikon
der Technik", Band 10, Deutsche Verlagsanstalt Stuttgart, 1966, und bezüglich der
für die Fahrbahnbefestiqunq 19 vorzugsweise verwendeten bituminösen Baustoffe auf
DIN 1995 verwiesen werdE Bevorzugte bituminöse Baustoffe sind Asphalt einschliesslich
Gussasphalt, doch können auch Teerzusammensetzungen sowie Zementbeton verwendet
werden.
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Erfindungsgemäss sind die zweiten oder unteren Durchlaufsysteme bzw.
Rohrleitungen 3, 4 der einzelnen Wärmeaustauscheinheiten A, A' in einem Material
mit wärmespeichernder Eigenschaft bzw. Kapazität eingebettet, das in Fig.
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1 das allgemeine Bezugszeichen 24 trägt. Beim Wärmespeicher 24 kann
es sich z.B. um einen Erd-, Massen-, Flüssigkeits-oder Latentwärmespeicher handeln,
wie sie grundsätzlich dem Fachmann bekannt sind. Eine bevorzugte Bauart für einen
Wärmespeicher 24 ist der in Fig. 1 gezeigte Erdwärmespeicher wegen seiner einfachen
und wirtschaftlichen Möglichkeit der Ausbildung. Der Erdwärmespeicher 24 nach Fig.
1 schafft vorzugsweise gleichzeitig den Unterbau für die Fahrbahnbefestigung 19
mit den darin eingebetteten ersten Durchlaufsystemen oder Rohrleitungen 2 und kann
ganz oder teilweise aus Erdreich bestehen.
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Zur Schaffung eines solchen Erdw§sespeichers 24 wird das Erdreich
entsprechend der Länge und Breite der zu bildenden Fahrbahn bis zu einer geeigneten
Tiefe von z.B. 2 bis 3 m ausgehoben und wird anschliessend die ausgehobene Grube
mit einem gut wärme- und feuchtigkeitsisolierenden Material 25 gegenüber dem umgebenden
Erdreich ausgekleidet. Ein geeignetes Isoliermaterial 25 ist z.B. Polystyrolbeton,
jedoch können auch andere Materialien, wenn erwünscht, vorgesehen werden. Darauf
zu achten ist, dass das isolierende Material 25 nicht nur eine gute wärmedämmende
Wirkung hat, sondern auch den Durchtritt von Feuchtigkeit vom umgebenden Erdreich
ins Innere verhindert. Im Anschluss an die Auskleidung der Grube mit dem isolierenden
Material 25 wird das ausgehobene Erdreich wieder schichtweise in die Grube eingefüllt
und verdichtet und werden dabei die zuvor eingelegten zweiten Durchlaufsysteme oder
Rohrleitungen 3, 4 in das Erdreich gemäss Fig. 1 eingebettet. Durch die Verdichtung
des in die Grube eingefüllten Erdreiches 24 wird sichergestellt, dass die zweiten
Durchlaufsysteme oder Rohrleitungen 3, 4 hohlraumfrei vom Erdreich umgeben sind
und damit in guter wSrmedbertragellder Beziehung mit diesen stehen.
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Bei der Verlegung der ersten oder oberen Durchlaufsysteme bzw. Rohrleitungen
2 der einzelnen Wärmeaustauscheinheiten A ist darauf zu achten, dass diese vollständig
von dem bituminösen Material eingeschlossen bzw. in diesem eingebettet werden. Da
es gilt, die der Sonnenstrahlung ausgesetzte freie Oberfläche 21 der Fahrbahnbefestigung
19 zu kühlen oder zu beheizen, werden die ersten Durchlaufsysteme bzw. Rohrleitungen
2 der einzelnen Wärmeaustauscheinheiten A vorzugsweise möglichst nahe dieser Oberfläche,
d.h. in der Deckschicht 20 der Strassenbefestigung 19 angeordnet.
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Dabei ist eine mechanische Beschädigung oder Verformung der ersten
Durchlaufsysteme oder Rohrleitungen 2 beim Einbau und Gebrauch zu vermeiden. Bei
Verwendung von Asphaltbeton für die Fahrbahnbefestigung 19 ist während des Einbaues
und Verdichtens des Asphaltbetonmaterials darauf zu achten, dass die eingelegten
ersten Durchlaufsysteme oder Rohrleitungen 2 der Wärmeaustauscheinheiten A nicht
durch die Füllstoffe, d.h. durch den Xies oder die Splittkörner, des Asphaltbetonmaterials
beschädigt oder verformt werden.
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Wegen dieser Gefahr wird vorzugsweise wenigstens die Deckschicht 20
der Fahrbahnbefestigung 19 aus Gussasphalt gebildet, der ohne Verdichtung hohlraumfrei
um die ersten Durchlaufsysteme oder Rohrleitungen 2 der einzelnen Wärmeaustauscheinheiten
A angeordnet werden kann.
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Wegen der beim Giessen des Asphalts auftretenden Temperaturen von
bis zu 250"C und mehr ist darauf zu achten, dass das für die Rohrleitungen 2 verwendete
Material entsprechend temperaturbeständig ist. Bevorzugte Materialien für die Rohrleitungen
bzw. Durchlaufsysteme sind daher biegsame Metallc, insbesolldere Kupfer. Metallrohre
haben gegenüber Kunststoffrohren ausserdem den Vorteil eines besseren Wärmeüberganges,
doch versteht sich, dass, wenn erwünscht, auch Rohrleitungen aus Kunststoff oder
anderen geeigneten Materialien verwendet werden können.
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Wie erwähnt, bildet der Erdwärmespeicher 24 vorzugsweise gleichzeitig
den Unterbau der Fahrbahnbefestigung 19, doch ist die Erfindung auf eine derartige
Doppelfunktion des Erdwärmespeichers 24 nicht beschränkt. Vielmehr kann der Erdwärmespeicher
24 auch unabhängi(j vom Unterbau der Fahrbahnbefestigung vorgesehen werden. Dies
wird insbesondere bei Flüssigkeits- oder Latentwärmespeichern der Fall sein oder
auch bei Erdwärmespeichern, wenn die Umgebungsverhältnisse eine getrennte Ausbildung
von Wärmespeicher und Fahrbahnuntcrbau geboten oder zweckmässig erachten lassen.
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Die vertikal übereinanderliegenden ersten und zweiten Durchlaufsysteme
bzw. Rohrleitungen 2, 3, 4 der einzelnen Wärmeaustauscheinheiten A erstrecken sich
seitlich aus der Fahrbahnbefestiqung 19 bzw. dem Erdwärmespeicher 24 heraus in einen
seitlich der Fahrbahn vorgesehenen Schacht 26, der auch für die Verlegung anderer
Leitungen, z.B. Versorgungsleitungen und dgl. verwendet werden kann. Der Schacht
26 kann eine Auskleidung 27 haben und durch eine obere Deckplatte 29 abgedeckt sein.
Im Schacht 26 verlaufen die Verteilerleitungen 1 und 5, von denen die Wärmeaustauscheinheiten
A abzweigen. Ausserdem können im Schacht 26 die Umwälzpumpe 7 sowie das vorerwähnte
Entlüftungsventil 6, der Ausgleichsbehälter 8, das Ventil 9 mit dem Druckentlastungsbehälter
10 usw. verlegt bzw. untergebracht sein.
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Wie dargestellt, sind vorzugsweise ferner die die ersten und zweiten
Durchlaufsysteme bzw. Rohrleitungen 2, 3, 4 der einzelnen Wärmeaustauscheinheiten
A verbindenden Leitungsabschnitte in einem isolierenden Material 28 eingebettet,
das gleichzeitig eine Wärmeisolierung an der Seitenwand des Schachtes 26 vorsehen
kann, die dem Erdwärmespeicher 24 zugewandt liegt.
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Als Wärmeübertragungsmedium, das in dem erfindungsgemässen Umlaufsystem
nach Fig. 2 zirkuliert, werden vorzugsweise Flüssigkeiten verwendet, wobei sich
insbesondere Wasser oder Alkohollösungen als besonders geeignet erwiesen haben.
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Die erfindungsgemässe Anordnung arbeitet wie folgt: Wenn im Sommer
auf die Oberfläche 21 der Fahrbahn Sonnenstrahlung einwirkt, kann die obere Deckschicht
20 der Fahrbahnbefestigung 19 wegen der dunklen Färbung des bituminösen Baustoffes
auf Temperaturen von 600C und mehr erwärmt werden. Die Wärme erhitzt das in den
ersten oder oberen Durchlaufsystemen bzw. Rohrleitungen 2 der einzelnen Wärmeaustauscheinheiten
A enthaltene Wärmeübertragungsmedium, das durch die Umwälzpumpe 7 in einem zwangsmässigen
Umlauf gehalten wird. Dic der Deckschicht 20 auf diese Weise entzogene Wärme wird
durch das Wärmeübertragungsmedium beim Umlauf in den Wärmespeicher 24 transportiert,in
dem die zweiten Durchlaufsysteme oder Rohrleitungen 3, 4 der Wärmeaustauscheinheiten
A eingebettet sind. Dieser Vorgang läuft solange ab, wie die Temperatur des Wärmespeichers
24 niedriger als die Temperatur der Deckschicht 20 ist und die Umwälzpumpe 7 sich
in Betrieb befindet. Durch den Transport der Wärme von der Deckschicht 20 in den
Wärmespeicher 24 kann die Deckschicht im Sommer wirksam auf Temperaturen von z.B.
unter 300C gehalten werden, bei dem das bituminöse Material für die Deckschicht
eine ausreichende Festigkeit beibehalt.
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Die in Fig. 1 angedeutete stcuereinrichtung 12 sorgt dafür, dass,
wenn die Temperatur der Deckschicht 20 einen bestimmten unteren Grenzwert unterschreitet
bzw. um einen bestimmten geeigneten Mindestwert von z.B. 50C über der Temperatur
des Wärmespeichers 24 liet,die Umwälzpumpe 7 in Betrieb gesetzt wird, ui das Wärmeübertragungsmedium
durch die WSrmcaustauscllcinllciten A zu bewegen. Zu diesem Zweck sind im Wärme-
speicher
24 und in der Deckschicht 20 nicht gezeigte Temperatursensoren eingebettet bzw.
angeordnet, deren Ausgangssignale als Eingangssignale 13, 14 an der Steuereinrichtung
12 anliegen. Ferner kann ein Feuchtigkeitssensor für die Erfassung der Feuchtigkeit
an der Oberflache 21 der Deckschicht 20 vorgesehen sein, dessen Ausgangssignal ebenfalls
als Eingangssignal 15 an der Steuereinrichtung 12 anliegt.
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Aus den Eingangssignalen 13, 14, 15 bildet die Steuereinrichtung 12
ein Ausgangssignal 16 zur entsprechenden Steuerung der Umwälzpumpe 7, um das Wärmeübertragungsmedium
durch das Umlaufsystem zirkulieren zu lassen, d.h. Wärme von der Deckschicht 20
in den Wärmespeicher 24 oder umgekehrt zu transportieren, je nachdem ob eine Kühlung
oder Beheizung der Deckschicht 20 erforderlich ist.
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Die Kapazität des Erdwärmespeichers 24 ist so zu wählen, dass die
während insbesondere der warmen Jahreszeit zugeführte Wärme über längere Zeit gespeichert
werden kann und so während der kalten Jahreszeit zur Erwärmung der Deckschicht 20
zur Verfügung steht. Es wurde festgestellt, dass ein Aufheizung eines Wärmespeichers
24 aus reinem Erdreich, der gleichzeitig den Unterbau einer typischen Fahrbahn oder
Strasse darstellt, auf eine Temperatur von 300C ausreicht, um während der kalten
Jahreszeit eine Abkühlung der Fahrbahndeckschicht 20 auf eine Temperatur unter etwa
OOC zu vermeiden.
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Höheres Wärmespeichervermögen wird erreicht, wenn reines Erdreich
mit anderen Mineralstoffen oder Baustoffen vermischt wird. Auch können im Unterbau
der Fahrbahn sog. Latentwärmespeicher in Gestalt von Behältern mit darin befindlichen
Salzen vorgesehen werden. Die Salze schmelzen bei relativ niedrigen Temperaturen
und gehen dabei von der festen in die flüssige Zustandsphase über. Bei Wärmeabgabe
gelangen die Salze wieder in den festen Zustand. In jedem Fall ist der Wärmespeicher
so auszulegen, dass er eine ausreichende Wärmespeicherkapazität hat, um die Fahrbahndeckschicht
20 ganz@@@@@ auf Temperaturen un Bereich zwischen ca. 0.°C und ca. 30 °C zu halten
Neben der Art und Beschaffenheit des
Wärmespeichers 24 wird die
Funktion der erfindungsgemässen Anordnung wesentlich bestimmt durch die Wirksamkeit
der Isolierung des Wärmespeichers gegenüber dem umgebenden Erdreich sowie der Wärmeleitfähigkeit
h der Fahrbahndeckschicht 20. Die Wärmeleitfähigkeit 2 ist insbesondere abhängig
von der Art und Beschaffenheit der für die Fahrbahndeckschicht 20 verwendeten Baustoffe.
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Um eine Aufheizung eines aus Erdreich gebildeten Wärmespeichers 24
auf eine geeignete Temperatur von z.B. 300C während der warmen Jahreszeit zu erhalten,
sollte >>0,7 (W/K.m)'vorzugsweise 1,0 bis 1,5 (W/K-m)/sein.
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Der WärmeübergangskoeffizientoC zwischen Luft und Deckschicht sollte
= 20, vorzugsweise 5 bis 15 (W/K-m2) sein.
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Der Wirkungsgraa der erfindungsgemässen Anordnung wird weiter dadurch
verbessert, dass die ersten Durchlaufsysteme oder Rohrleitungen 2 der Wärmeaustauscheinheiten
A in möglichst geringem Abstand von der Oberfläche 21 der Fahrbahndeckschicht 20
angeordnet werden.
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Die erfindungsgemässe Anordnung wird insbesondere zum Beheizen oder
Kühlen von grossflächigen Verkehrsbereichen verwendet, bei denen die Verkehrssicherheit
ganzjährig gewährleistet sein muss. Dies ist insbesondere bei Strassen, Start- und
Landebahnen von Verkehrsflughäfen, stark frequentierten dehwegen und dgl. der Fall.
Mit der erfindungsgemässen Anordnung können auch die aus bituminösen Baustoffen
gebildeten Dachabdeckungen, insbesondere von Flachdächern, ganzjährig auf geeigneten
Temperaturen gehalten werden. Die Erfindung ist jedoch auf die erwähnten Anwendungsgebiete
nicht beschränkt, sondern kann überall dort in vorteilhafter Weise eingesetzt werden,
wo es gilt, einer Schicht aus bituminösen Baustoffen oder Zementbeton, die der Sonnenstrahlung
ausgesetzt ist, während der warmen
Jahreszeit Wärme zu entziehen
und/oder während der kalten Jahreszeit Wärme zuzuführen, um temperaturbedingte Verformungsschäden
und die Ansammlung von Schnee und Eisbildung im Winter zu verhindern.