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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Beheizung von
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Verkehrsflächen, wobei mit Abstand von der Oberseite der Verkehrsfläche
von einer Wärmepumpe ausgehende Heizleitungen verlegt sind.
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Es ist bekennt, Straßenoberflächen zur Schnee- und Eisfreihaltung
zu beheizen. Zu diesem Zweck wurden bisher Netallnetze oder Metallgitter oder sonstige
Stromleiter unterhalb der Fahrbahnoberfläche verlegt, wobei durch Anschließen an
eine Stromquelle die entsprechende Wärme erzeugt wurde. Insbesondere wenn es sich
um größere Verkehrsflächen oder größere Abschnitte von Verkehrsflächen handelt,
ist der Energieaufwand für eine solche Maßnahme nicht mehr vertretbar, so daß sich
solche Beheizungsmöglichkeiten für Straßen bisher nicht durchsetzen konnten.
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Es sind Ausführungen bekalmt, bei welchen Wärmeenergie in irgendeiner
Form erzeugt und im Erdboden gespeichert wird.
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Ein Teil der Energie wird auch durch Wärme entnahme von der Asphalt-
bzw. Betonfahrbahn selbst gewonnen, wobei dies jedoch gerade bei Straßen oder sonstigen
Fahrbahnen, die im Winter eisfrei gehalten werden sollen, keinesfalls eine zweckmäßige
Maßnahme darstellt. Es soll ja gerade vermieden werden, daß eine Fahrbahnoberfläche
abgekühlt wird.
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Sicher bewirkt die Sonneneinstrahlung eine Aufheizung eines Fahrbahnbelages,
wobei diese Aufheizung aber allein der Eigenspeicherung der Fahrbahn erhalten bleiben
soll und ein Wärmeentzug für eine Speicherung in größeren Erdtiefen keinesfalls
sinnvoll ist.
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Es ist such bekannt, die notwendige Wärme zum Aufheizen von Sportplätzen,
Fahrbahnen, Rasenflächen, Parkplätzen, Gehwegen u. dgl. aus dem Erdreich bzw. dem
Grundwasser zu entnehmen. Es ist jedoch selten möglich, eine Grundwasser-Wärmepumpe
zur Energiegewinnung wirtschaftlich einzusetzen.
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Bei weiteren bekannten Ausgestaltungen werden in der Fahrbahn verlegte
Heizleitungen von einem Durchlauferhitzer beschickt. Eine hier vorgesehene Wärmepumpe
ist zur Entnahme von Wärme aus dieser Verkehrsfläche vorgesehen, um in den Sommermonaten
der Erwärmung von Brauch-oder Schwimmbadwasser zu dienen.
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Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, eine Anordnung
zur Beheizung von Verkehrs flächen zu schaffen, die mit wesentlich weniger Energieaufwand
betrieben werden kann und trotzdem in einfacher Weise sowohl bei der Neuerstellung
von Verkehrsflächen als auch bei Erneuerungsarbeiten eingesetzt werden kann.
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Erfindungsgemäß gelingt dies dadurch, daß in der Umgebung der Verkehrsfläche
angeordnete Betonteile oder -flächen, wie Leitwände oder -schienen, Brückentragwerke,
Widerlager, Stützmauern, Lärmschutzwände od. dgl.
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als Wärmeabsorber ausgeführt sind und zur Wärmepumpe führende Absorberleitungen
aufweisen.
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Es kann dadurch mit relativ geringen Stromkosten die Umgebungswärme,
also die Wind- und Sonneneinwirkung, die Regeneinwirkung usw. ausgenützt werden.
Die Betonteile oder Betonflächen weisen eine entsprechend große Masse auf und bilden
so einen Massivabsorber, der entsprechend großflächig die Umweltenergie aufnehmen
kann.
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Es ist daher auch möglich, z. B. während der Tagzeit die durch Sonneneinstrahlung
sich ergebende Energie über die Wärmepumpe an die Verkehrsfläche abzugeben, wobei
durch entsprechende konstruktive Gestaltung der Verkehrsfläche eine Speicherung
dieser Wärmeenergie möglich ist, so daß praktisch eine Nachtentladung, also eine
Entladung bei Gefahr von Eisbildung usw. ermöglicht wird.
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erde bi Brücken im Streßenbau orgibt sich eine unkontrollierbare Beschädigung
durch die bisher eingesetzte Salzstreuung. Eiskonstruktionen rosten und Betonelemente
platzen ab, so daß diese Art von Schnee- und Eisfreihaltung durch die hervorgerufenen
Beschädigungen schlußendlich noch teurer kommt als eine Beheizung allein mit elektrischer
Energie.
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Durch die vorliegende Erfindung ist aber ermöglicht worden, mit geringen
Stromkosten unter Ausnutzung der Umweltenergie Verkehrsflächen schnee- und eisfrei
zu halten. Gerade bei Brückenbauwerken wirkt sich dies sehr positiv aus, zumal dort
auf jeden Fall an den Seitenbegrenzungen entsprechend großflächige Leitwände oder
-schienen vorhanden sein müssen, die einen guten Massivabsorber ermöglichen.
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Es ist zwar ein Verfahren und eine Anordnung zur Beheizung von Gebäuden
aus der Umgebungswärme bekannt, doch sind auf Verkehrs flächen andere Voraussetzungen
gegeben.
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Bei der bekannten Anordnung ist ein zusätzlicher Speicher erforderlich,
der in Zeiten hohen Energieangebotes aufgeladen werden muß, damit dann z. B. in
der Nachtzeit genügend Energie zur Verfügung steht.
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Durch die vorliegende Erfindung wird vorgeschlagen, daß gerade solche,
über der Erdoberfläche angeordnete Bauwerke als Wärmeabsorber dienen sollen, die
nicht die Straße bzw. die Fahrbahn selbst betreffen. Gerade bei den in der Umgebung
der Verkehrs fläche angeordneten Betonteilen oder -flächen ergeben sich für die
Aufnahme von Sonnenenergie oder Energie aus der Umwelt große Oberflächen, wobei
eben diese Betonflächen oder -teile bisher nicht als Wärmeabsorber eingesetzt wurden.
Es ist das Verdienst der vorliegenden Erfindung, erkannt zu habun,
dnß
sich gerade diese an sich großfltichigen Buuteile als Wärmeabsorber eignen, um dadurch
einer Wärmepumpe die entsprechende Energie zuführen zu können. Bei allen bisherigen
Bauten wurden die Leitwände oder -schienen, Brückentragwerke, Widerlager, Stützmauern
und Lärmschutzwände od. dgl. als lästiges Übel betrachtet, wobei bisher nicht erkannt
worden ist, daß diese Betonteile oder -flächen als ausgezeichnete Wärmeabsorber
einsetzbar sind.
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Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird die Energie für die Brücken-
und Fahrbahnbeheizung zu zirka zwei Dritteln aus der Umwelt über Absorberflächen
(Sonne, Regen, Schnee und Wind) entnommen. Das verbleibende restliche Drittel wird
mit Strom über eine Wärmepumpe erzeugt. Wenn kein Stromanschluß vorhanden ist, kann
die benötigte Zusatzenergie aus Gasmotoren oder Dieselaggregaten gewonnen werden.
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Die als Absorber vorgesehenen Leitwände dienen dabei nicht nur für
die Energiegewinnung, sondern sind auch für die Verkehrssicherheit von großem Vorteil
im Vergleich zu herkömmlichen Stahlleitplanken.
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Bei der vorliegenden Erfindung ergibt sich durch besonderen konstruktiven
Aufbau der Verkehrsfläche von selbst eine entsprechende Speicherwirkung, so daß
ein langsames Aufheizen und aber auch eine langanhaltende Wärmeabgabe gewährleistet
ist.
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Weitere erfindungsgemäße Merkmale und besondere Vorteile werden in
der nachstehenden Beschreibung anhand der Zeichnungen noch näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt durch ein Brückenbauwerk, wobei jedoch die Tragkonstruktion
unterhalb der Brücke nicht dargestellt ist;
Fig. 2 eine Draufsicht
der Anordnung nach Fig. 1; Fig. 3 einen Schnitt nsch der Linie 1 - 1 in lig. 1;
Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel entsprechend der Anordnung in Fig. 1; Fig. 5 eine
schematische Darstellung der Schaltung von Absorberleitungen und Heizleitungen;
Fig. 6 verschiedene Ausführungsvarinilten für die Heizleitungen abdeckende profilierte
Schienen.
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In der nachstehenden Beschreibung wird die Erfindung anhand eines
Beispiels bei einem Brückenbauwerk erläutert.
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Gerade bei Brückenbauwerken ist die Anordnung einer Beheizung der
Fahrfläche von wesentlicher Bedeutung, da bei solchen Bauwerken die Eisbildung insbesondere
während der Nachtzeit verstärkt auftritt. Selbstverständlich sind die gleichen Anordnungen
für alle anderen Verkehrsflächen, wie Straßen, Gebirgsstranen, Garageneinfahrten
und -zufahrten, Parkplätze usw. einsetzbar.
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Die Unterkonstruktion, also die Pfeiler, zusätzliche Längs- und Querträger
usw. wurden in der Zeichnung nicht dargestellt, da diese das Wesen der Erfindung
nicht betreffen. Es wird hier also die tragende Betonschicht 1 gezeigt, auf welcher
eine Isolierschicht 2 aufgebracht ist. Auf diese Isolierschicht 2 folgt eine weitere
Betonschicht 3, über welcher dann die eigentliche Fahrbahn in Form der Tragschicht
4 aufgebracht ist. Diese Tragschicht ist als Asphalt- bzw. Bitumentragschicht ausgeführt.
An der Fahrbahnbegrenzung sind Betonleitwände 5 angeordnet, welche auf der Betonschicht
3 aufgesetzt sind oder aber auch direkt auf dem Betontragwerk 1 ruhen können. Beim
gezeigten Beispiel ist neben der Fahrbahn noch ein Gehsteig 6 gezeigt, mit einem
seitlich abschließenden Schutzgeländer 7. Der Gehsteig kann in dem gleichen Schichtaufbau
bestehen wie der Straßenkörper.
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An der gehsteigseitigen Begrenzung der Betonleitwand 5 schließt ein
Montagekanal 8 an, welcher durch abnehmbare Deckel 9 nach oben hin verschlossen
ist. Diese Deckel 9 ac:hlioßon zwockluaßig mit der Ebene der Gehsteiges 6 und bilden
dadurch eine zusätzliche Gehfläche.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung sind nun die Betonleitwände 5, welche
ein- oder zweckmäßig beidseitig des Straßenabschnittes angeordnet sind, als Wärmeabsorber
ausgeführt, wobei diese zu einer Wärmepumpe 10 führende Absorberleitungen 11 aufweisen.
Da diese Betonleitwände eine entsprechend große Masse aufweisen und außerdem eine
relativ große Oberfläche haben, eignen sich diese hervorragend als Massivabsorber,
d.h. zur Aufnahme von Umweltenergie in Form von Sonne, Wind, Regen usw. Über die
Absorberleitungen 11 kann die in den Betonleitwänden 5 gespeicherte Wärma zu einer
Wärmepumpe 10 abgeführt werden.
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Mit Abstand von der Oberseite 12 der Verkehrsfläche sind von der Wärmepumpe
10 ausgehende Heizleitungen 13 verlegt, über welche die in der Wärmepumpe erzeugte
Wärme an den Straßenbaukörper abgegeben werden kann.
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Der Wärmeabsorber ist also aus Betonfertigteilen gebildet, die eine
Betonleitwand 5 darstellen. In diesen Betonleitwänden 5 sind mehrere, nahe der Oberfläche
in Längsrichtung verlaufende Ab so rberleitungen 11 vorgesehen. Damit eine einwandfreie
Kupplung aufeinanderfolgender Fertigteile, welche die Betonleitwand 5 bilden, zustandekommen
kann, sind an den Enden derselben Schweißmuffen vorgesehen zur gegenseitigen Verbindung
der an korrespondierenden Stellen angeordneten Absorberleitungen 11. Es können dadurch
entsprechend lange Abschnitte von Betonleitwänden 5 zur Wärmezufuhr zu einer einzigen
Wärmepumpe herangezogen werden. Es ist daher
auch eine rationelle
und kostensparende Betriebsmöglichkeit gegeben.
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Der Querschnitt der Betonleitwände 5 hat sich aus vielen Versuchen
ergeben und ist daher vorgegeben. Vom oberen Ende ausgehend nimmt daher der Querschnitt
der Betonleitwände 5 nach unten hin zu, wobei sich am unteren Ende ein verbreiterter
Fuß 14 anschließt. Die Absorberleitungen 11 sind dabei zumindest im Bereich des
oberen Endes der Betonleitwände 5 versetzt zueinander den beiden entgegengesetzten,
annähernd vertikalen Oberflächen derselben zugeordnet. Im unteren Bereich, also
im Ubergangsbereich zum Fuß 14 können dann diese Absorberleitungen etwas enger aneinander
anschließen, da der Abstand zwischen den beiden Oberflächen 15 und 16 der Betonleitwände
5 in diesem Bereich zunimmt. Es ist daher möglich, auf Grund des großen Querschnittes
solcher Betonleitwände 5 relativ viele Absorberleitungen 11 unterzubringen, um dadurch
eine günstige Wärmeentnahme zu erzielen.
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Vorteilhaft ist, wenn die Wärmepumpe 10 im Bereich des Endes einer
Leitwand 5 angeordnet ist, wobei dann entsprechend an dem anderen Ende Umlenkmuffen
vorgesehen werden, um die einzelnen Absorberleitungen 11 miteinander zu verbinden
und einen geschlossenen Kreislauf zu erzielen.
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Die Wärmepumpe 10 kann mit einer entsprechenden Steuerung ausgestattet
werden, die an sich bekannte Elemente beinhaltet. Es wird dabei zweckmäßig eine
Regelung in Abhängigkeit von der Außentemperatur vorgesehen, um dadurch die Gewähr
zu haben, daß bei Gefahr einer Eisbildung oder bei einem eventuellen Schneefall
die entsprechende Beheizung der Verkehrsfläche vorgenommen werden kann.
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Wie schon ausgeführt, sind die Heizleitungen 13 auf einer auf dem
Haupttragwerk 1 aufgebrachten Isolierschicht 2 aufgelegt und in eine Betonschicht
3 eingebettet.
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Oberhalb dieser Betonschicht 3 folgt dann die Fahrbahnschicht, vorzugsweise
eine Bitumentragschicht 4. Zum Verlegen dieser Heizleitungen 13 werden diese vorerst
lose auf die Isolierschicht 2 aufgelegt, wobei dann profilierte Schienen 17 über
die Heizleitungen 13 gelegt werden. Es ist dadurch die Gewähr gegeben, daß die Heizleitungen
13 beim Aufbringen des Betons 3 nicht verletzt werden und außerdem werden durch
diese aufgebrachten Schienen 17 verbesserte Wärmeübertragungswerte erreicht. Es
ist eine großflächige Anlage der Beheizung am umgebenden Beton der Schicht 3 gegeben
und somit eine günstige Wärmeabgabe.
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Diese profilierten Schienen 17 weisen zwei parallel zueinander verlaufende
Abstützkanten oder -flächen 18 auf, wobei der dazwischenliegende Bereich die Heizleitung
13 überspannt. Es ist dabei besonders vorteilhaft, wenn der freibleibende Querschnitt
zwischen der Schiene 17 und der Isolierschicht 2 größer ist als der Querschnitt
der einzulegenden bzw. eingelegten Heizleitungen 13. Dadurch liegen diese Heizleitungen
13 lose unterhalb der profilierten Schienen 17 und sind daher in dem gebildeten
Hohlraum verschiebbar. Es besteht dadurch die Möglich keit, eventuell defekte Heizleitungen
ohne Zerstörung der Fahrbahn selbst auswechseln zu können.
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Die Heizleitungen 13 sind zweckmäßig schlangenförmig auf der Isolierschicht
3 verlegt mit Hauptausrichtung quer zur Fahrbahnrichtung, wobei die Übergangsbogen
19 und die Anschlußenden 20 der Heizleitungen 13 in den seitlich neben der als Wärmeabsoiber
wirkenden Betonleitwand 5 verlaufenden Montagekanal 8 münden. Es ist dadurch
stets
von außerhalb der Straße her eine SUerwachung und auch eine Reparaturleistung möglich.
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Die Ab:30r} rteitungen 11 und/oder die Heizleitungen 13 können als
Metallrohre ausgebildet sein. Gerade bei den Heizleitungen 13 ist es jedoch zweckmäßiger,
diese als Kunststoffrohre auszuführen, was eine einfachere Montage und einfachere
nachträgliche Reparaturen ermöglicht.
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Selbstverständlich können auch die Absorberleitungen 11 als Kunststoffrohre
ausgeführt werden.
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In Fig. 5 ist gezeigt, wie die einzelnen Leitungen mit der Wärmepumpe
10 in Verbindung stehen. Die Absorberleitungen 11 sind an der Zugangsseite der Wärmepumpe
10 angeschlossen, wobei hier ersichtlich ist, daß diese Absorberleitungen 11 an
entsprechenden Stellen 21 miteinander gekuppelt sind. An die von der Wärmepumpe
10 wegführenden Leitungen 22 sind die Heizleitungen 13 angeschlossen, wobei es zweckmäßig
ist, kürzere schlanken förmige Abschnitte getrennt anzuschließen, um dadurch bei
eventuellen Fehlern oder Schäden eine schnellere Reparatur zu ermöglichen. Es ist
in diesem Zusammenhang möglich, daß eine besondere Steuerung vorgesehen wird, um
inzelne Heizabschrlitte zu- oder abzuschalten. Es besteht dadurch die Möglichkeit,
besonders kritische Bereiche bereits zu einem früheren Zeitpunkt oder bereits bei
weniger tiefen Temperaturen entsprechend zu beheizen, so daß dadurch zusätzlich
Energie eingespart werden kann.
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Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ist es möglich, aus der Umweltenergie
eine relativ langsame Tagaufheizung der gesamten Fahrbahnfläche zu bewirken, wobei
eine langanhaltende Wärmeabgabe gewährleistet ist durch den Speichereffekt des gesamten
Aufbaues. Die Betonschicht 3 wirkt als besonders günstiger Massivwärmespeicher,
der
eine langsame Wärmeabgabe nach oben hin gewährleistet, zumal
durch die Isolierschicht eine Wärmeabgabe nach unten hin unterbunden wird. Der aufgebrachte
Asphalt wirkt ebenfalls als Wärmespeicher, so daß eine sehr langsame Wärmeabgabe
und somit eine langanhaltende Speicherwirkung gewährleistet sind.
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Obwohl an sich ein Massivabsorber, wie dies eine Betonleitwand 5 darstellt,
die günstigsten Voraussetzungen schafft, wäre auch eine andere Konstruktion von
Leitwänden oder -schienen denkbar, um entsprechende Umweltenergie einer Wärmepumpe
zuzuführen. Die Verwendung von Betonteilen zu diesem Zweck ist deshalb von besonderem
Vorteil, weil durch rasche Außenabkühlung die Speicherwirkung des Betonkörpers wesentlich
besser ist, als dies beispielsweise bei einem Stahlteil der Fall wäre.
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Im Beispiel nach den Fig. 1 und 2 handelt es sich um eine seitlich
der Fahrbahn angeordnete Betonleitwand 5. Selbstverständlich sind die gleichen Möglichkeiten
bei Mittelleitwänden gegeben, wie sie beispielsweise bei Autobahnen notwendig sind.
Bei dem Einsatz an Mittelleitwänden kann praktisch der Montagekanal 8 zwischen zwei
solchen Betonleitwänden 5 angebracht werden, wie dies der Fig. 4 entnommen werden
kann. Über den Betondeckeln 9 kann dann eine bepflanzbare Humusschicht 23 aufgebracht
werden, wodurch eine sehr günstige Mittelstreifenbepflanzung geschaffen wird. Da
sich Störungen bei der sehr robusten Ausbildung der Heizleitungen kaum ergeben und
außerdem der Abschnitt der Störungen leicht feststellbar ist, stellt der aufgebrachte
Humus 23 kein besonderes Hindernis dar, da dann eben dieser kurze Abschnitt rasch
entfernt ist, um eine Reparatur nach Entfernen eines Deckels 9 im Nontagekanal 8
durchführen zu können.
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In Fig. 6 ist ersichtlich, daß die Querschnittsform der
pro
1'ilirten Schienen 17 verschiedenste UL' 5 taltuil6n haben kann. So ist es möglich,
den Abschnitt zwischen den beiden Abstützkanten oder -flächen zu vergrößern, um
dadurch Platz für zwei nebeneinanderliegende Heizleitungen 13 zu schaffen. Es ist
auch denkbar, mehr als zwei solcher Heizleitungen 13 vorzusehen, wie dies im nächsten
Beispiel bei Fig. 6 ersichtlich ist. Es könnte dann beispielsweise die Schiene 17
trapezförmig ausgebildet werden mit eben abstehenden Auflagelaschen 24. Der Querschnitt
der Schienen 17 könnte auch halbkreisförmig ausgebildet sein, wobei an den Enden
des Halbkreises wiederum Laschen 24 zur Bildung der Abstützflächen 18 vorgesehen
sind. Im Rahmen der Erfindung wäre es auch denkbar, anstelle einzelner, profilierter
Schienen ein Drapezblech 25 vorzusehen, so daß durch die Auflage dieses Trapezbleches
25 eine Vielzahl parallel zueinander liegender Öffnungen zum Einsetzen der Heizleitungen
13 geschaffen werden.
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Es sind noch viele andere konstruktive Variationen denkbar, die im
Rahmen der Erfindung liegen. Dabei wäre es auch möglich, die Hei££leitungen 13 direkt
in der Betonschicht 3 einzubetten, wobei dies jedoch mit Nachteilen in bezug auf
eventuelle Reparaturarbeiten verbunden ist.
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Anstelle der auf die Heizleitungen 13 aufgelegten profilierten Schienen
könnte auch ein Verlegen der Heizleitungen 13 in Schutzrohren vorgesehen werden.
Der freie Innenquerschnitt dieser Schutzrohre wird dann etwas größer ausgeführt
als der Außenquerschnitt der einzusetzenden Heizleitungen, um dadurch eventuell
defekte Heizleitungen durch neue ersetzen zu können. Das Schutzrohr kann dabei auch
wesentlich größer ausgeführt werden, so daß beispielsweise zwei oder mehrere Heizleitungen
in einem Schutzrohr geführt werden können. Im Rahmen der Erfindung ist es auch denkbar,
die Heizleitungen 13 direkt in der
Betonschicht 3 zu verlegen,
also ohne Auflegen profilierter Schienen und ohne Schutzrohre, wobei dann jedoch
ein Austausch eventuell defekter Heizleitungen nicht möglich ist.
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In der vorstehenden Beschreibung wurde die Erfindung anhand eines
Ausführungsbeispieles geschildert, bei welchem die Absorberleitungen 11 in Betonleitwänden
5 eingebettet sind. Solche Betonleitwände 5 können aus Betonfertigteilen bestehen,
aber auch eine Fertigung durch Ortbeton ist möglich, wobei dann entsprechende Absorberleitungen
eingelegt werden können. Die Absorberleitungen 11 oder auch entsprechend zusätzliche
Absorberleitungen 11 können ferner in den seitlichen Abschlußwandungen 30 des Brückenbaues
gemäß Fig. 1 vorgesehen werden. Als Wärmeabsorber können auch andere in der Umgebung
der zu beheizenden Verkehrs flächen angeordnete Betonteile oder Betonflächen eingesetzt
werden, wie z. B. Brückentragwerke, Widerlager, Stützmauern, Lärmschutzwände od.
dgl.
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Die erfindungsgemäße Anordnung kann sowohl bei der Neuerstellung von
Brücken, Straßen, Plätzen usw. eingesetzt werden als auch bei Verbesserungsarbeiten
an Straßen und Brückenbauwerken.