DE4319850A1 - Verfahren zum Verhindern und Beseitigen von Nebel über einem Geländeabschnitt sowie System zum Durchführen dieses Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht ich auf ein Verfahren gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1 sowie auf ein System zum Durchführen dieses Verfahrens gemäß Oberbegriff Patentanspruch 7.

Bekannt ist ein Verfahren zum Beseitigen von Bodennebel im Bereich einer Lande- oder Startbahn für Flugzeuge (EP O 169 746). Bei diesem bekannten Verfahren wird über Düsen, die an den Längsseiten der Startbahn vorgesehen sind, in das Luftvolumen über der Startbahn Wasser eingespritzt, und zwar mit dem Ziel, die in der Luft vorhandenen Nebel­ tröpfchen durch Kollision und Vereinigung mit dem verspritz­ ten Wasser aus der Luft zu entfernen und hierdurch eine Auflösung des Bodennebels zu bewirken. Bei diesem bekannten Verfahren weist das ausgebrachte Wasser eine Temperatur auf, die gleich der Temperatur der Nebelluft ist. Die mit dem bekannten Verfahren angestrebte Auflösung von Nebel durch Kollision und Vereinigung der Nebeltröpfchen mit dem ver­ spritzten Wasser erfordert eine große Menge an Wasser.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren aufzuzeigen, mit dem in besonders wirksamer Weise eine Beseitigung von Nebel, aber auch präventiv bereits eine Verhinderung der Bildung von Nebel möglich ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 ausgebildet.

Ein System zur Verhinderung oder Beseitigung von Nebel ist entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 7 ausgeführt.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. System erfolgt das Auflösen des Bodennebels nicht durch eine Kollision und/oder Vereinigung zwischen dem Nebeltröpfchen und dem versprühten Wasser, sondern durch eine Entfeuchtung des betreffenden Luftvolumens bzw. Luftkörpers. Das versprühte Wasser, dessen Temperatur deutlich unterhalb der Temperatur des Taupunktes der Luft des Luftvolumens bzw. unterhalb der Temperatur des in diesem Luftvolumen vorhandenen Wasserdampfes liegt, bildet fein verteilte Wassertropfen, an denen der als Wasserdampf vorliegende Wasser-Anteil der Nebel-Luft kondensiert, so daß dieser Wasseranteil der Nebel-Luft bzw. dem Luftkörper entzogen und mit dem versprühten Wasser abgeführt wird. Durch das Entziehen der als Wasserdampf im Luftkörper vorhandenen Feuchtigkeit sinkt der Dampfdruck im Luftkörper unter den Sättigungsdruck, wodurch die den Nebel bildenden Nebel- bzw. Wassertröpfchen im Luftvolumen verdampfen können und sich auflösen.

Bei der Kondensation des Wasserdampfes an dem ausgebrachten bzw. versprühten Wasser erfolgt eine Abgabe von Wärmeenergie an die versprühte Wassermenge, die (Wärmeenergie) mit dieser Wassermenge abgeführt wird, und zwar bevorzugt an eine Einrichtung zur Wasseraufbereitung, in der insbesondere auch ein Abkühlen des rückgeführten Wassers erfolgt.

Durch das Verdampfen der den Nebel bildenden Nebel- bzw. Wassertröpfchen (tröpfchenförmiger Anteil der Luftfeuchtig­ keit) erfolgt durch Energieentnahme eine gewisse Abkühlung des Luftkörpers u. a. mit der Folge, daß dieser kühlere, nebelfreie Luftkörper relativ stabil über dem Boden bzw. Geländeabschnitt liegen bleibt, also dort gehalten wird, wo ein nebelfreier Raum gewünscht ist.

Bei der Erfindung kann das Ausbringen bzw. Versprühen des Wassers beispielsweise direkt über dem Geländeabschnitt erfolgen, über dem das Auflösen des Nebels gewünscht ist. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, das Ausbringen bzw. Versprühen des Wassers in einem oder mehreren Bereichen vorzunehmen, die dem Geländeabschnitt benachbart sind, wobei dann auch in diesem Fall das Kondensieren des dampfförmigen Anteils der Luftfeuchtigkeit an dem versprühten bzw. aus­ gebrachten Wasser eine Reduzierung des Dampfdruckes im Luftkörper und damit ein Verdampfen des tröpfchenförmigen Anteils der Luftfeuchtigkeit nicht nur an dem Bereich bewirkt, an dem das Wasser ausgebracht wird, sondern auch an dem benachbarten Geländeabschnitt, an dem der Nebel aufgelöst bzw. beseitigt werden soll.

Das erfindungsgemäße Verfahren und System eignen sich nicht nur zur Beseitigung von Nebel, sondern können auch präventiv eingesetzt werden, und zwar bevor sich ein aufgrund der Temperaturverhältnisse sowie aufgrund der Luftfeuchtigkeit zu erwartender Nebel bildet. Auch bei dieser präventiven Anwendung wird dampfförmiger Anteil der Luftfeuchtigkeit an dem ausgebrachten Wasser kondensiert und damit dem Luftkörper Feuchtigkeit entzogen, so daß die relative Feuchtigkeit reduziert wird und deutlich unter 100% Luftfeuchtigkeit gehalten wird (Taupunkt).

Eine Abkühlung des Luftkörpers durch Verdampfen von Nebel- oder Wassertröpfchen erfolgt in diesem Fall nicht. Wird der vom Nebel befreite oder präventiv zur Verhinderung einer Nebelbildung behandelte Luftkörper beispielsweise durch Wärmestrahlung angewärmt, so ergibt sich hierbei eine weitere Reduzierung der relativen Luftfeuchtigkeit.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. Systems besteht u. a. darin, daß eine wirksame Verhinderung der Nebelbildung bzw. eine wirksame Beseitigung von Nebel mit einer relativ geringen Menge an ausgebrachtem Wasser möglich ist.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteran­ sprüche.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1- 4 in vereinfachter Darstellung ein Flugfeld mit an diesem Flugfeld vorgesehenen Sprüheinrichtungen zum Ausbringen von Wasser, und zwar bei unter­ schiedlichen Stellung dieser Sprüheinrichtungen;

Fig. 5 in vereinfachter perspektivischer schematischer Darstellung das Flugfeld der Fig. 1-4;

Fig. 6 und 7 in perspektivischer Darstellung weitere, mögliche Ausführungsformen des Flugfeldes;

Fig. 8 und 9 in schematischer, perspektivischer Darstellung eine mehrspurige Fahrbahn sowie ein von Gebäuden begrenzter Platz, zusammen mit Sprüheinrichtun­ gen bzw. Düsen für die Durchführung des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 10 in einer Darstellung ähnlich Fig. 1 eine weitere mögliche Ausführung des erfindungsgemäßen Systems bzw. eines mit diesem Systems ausge­ statteten Flugfeldes.

In den Fig. 1-5 ist 1 eine von einer Beton-Piste gebildete Lande- und/oder Startbahn für Flugzeuge 2.

Beidseitig von der Landebahn 1 ist jeweils ein streifenarti­ ger Randbereich 3 gebildet, der ebenfalls betoniert ist oder in einer anderen Weise derart hergestellt ist, daß sich Wasser auf der Oberfläche der Bereiche 3 sammeln und in einen Sammelkanal 4 abfließen kann, ohne daß dieses Wasser oder ein beachtlicher Teil hiervon in den Boden gelangt.

Die Sammelkanäle oder Sammelrinnen 4, die jeweils beidseitig von der Landebahn 1 und an diese unmittelbar anschließend vorgesehen sind, weisen mehrere, nicht dargestellte Abläufe auf und sind an diesen über Kanalrohre 4′ mit einer Wasser- Aufbereitungsanlage 5 verbunden, in der das über die Kanal­ rohre 4′ rückgeführtes Wasser, dessen Temperatur noch immer kälter ist als die Temperatur des Luftvolumens, aufbereitet, d. h. zumindest gereinigt und auf die erforderliche Temperatur abgekühlt wird. Die Aufbereitungsanlage 5 ist über nicht dargestellte Pumpen sowie über ein System von Versorgungs­ leitungen 6 mit einer Vielzahl von Düsenanordnungen 7 und 8 verbunden, die an den Bereichen 3 verteilt vorgesehen sind, und zwar die Düsenanordnungen 7 unmittelbar am Boden des jeweiligen Bereichs 3 mit geringem Abstand von der Landebahn 1 und die Düsenanordnungen 8 an Masten, die mit größerem Abstand von der Landebahn 1 an den Bereichen 3 vorgesehen sind.

Zumindest die Düsenanordnungen 8 weisen bei der dargestellten Ausführungsform jeweils eine Vielzahl von Wasseraustritts­ düsen auf. Die Düsenanordnungen 7 und 8 sind weiterhin so ausgebildet, daß die Wirkungsrichtung der dortigen Düsen verändert werden kann. Hierfür weisen die Düsenanordnungen 7 und 8 beispielsweise Stellmotoren oder Stellglieder auf, mit denen die Orientierung der Düsen veränderbar ist. Weiterhin sind den Düsenanordnungen 7 und 8 Ventile zugeordnet, mit denen diese Düsenanordnungen einzeln oder in Gruppen geöffnet und geschlossen werden sowie die Menge des je Zeiteinheit austretenden Wassers verändert werden kann.

Um Stellantriebe und hierdurch bedingte Störquellen zu vermeiden, können die Düsenanordnungen 7 auch jeweils so ausgebildet sein, daß diese Düsen besitzen, welche in unter­ schiedlichen Richtungen orientiert sind, wobei durch Steuer­ ventile das austretende Wasser dann jeweils derjenigen Düse oder denjenigen Düsen zugeleitet wird, die die gewünschte Orientierung für die austretenden Wasserstrahlen 10 bzw. 11 gewährleisten. Zumindest die Wasserstrahlen 10 sind schräg nach oben gerichtet. Die Wasserstrahlen 11 sind bei der dargestellten Ausführungsform im wesentlichen in horizontaler Richtung zur Seite gerichtet, so daß die Wasserstrahlen 10 den oberen Bereich des vom Nebel zu befreienden Luftkörpers und die Wasserstrahlen 11 den unteren Bereich dieses Luft­ körpers erfassen.

Befindet sich im Bereich der Landebahn 1 Bodennebel, der die für das Starten und/oder Landen erforderliche Sicht beein­ trächtigt, so wird über eine bestimmte Zeitdauer über die Düsenanordnungen 7 und 8 Wasser in einem Bereich über der Lande- oder Startbahn 1 versprüht. Dieses Wasser besitzt eine Temperatur, die deutlich, d. h. beispielsweise um 10°C oder mehr unter der Temperatur der Nebel-Luft liegt. Die sich aus den Wasserstrahlen 10 und 11 bildenden feinen Wassertropfen, deren Temperatur ebenfalls deutlich unter der Temperatur der Nebel-Luft liegt, wirken als kalte Kondensationsflächen, an denen sich der wärmere, dampfförmige Anteil der Luftfeuchtig­ keit kondensieren kann. Hierdurch wird dem Luftkörper Feuchtigkeit entzogen und der Dampfdruck im Luftkörper bzw. in der Nebel-Luft unter den Taupunkt reduziert, so daß der den Nebel bildende bzw. von den Nebeltropfen gebildete tröpfchenförmige Anteil der Luftfeuchtigkeit verdampft und sich somit mit zunehmender weiterer Kondensation des dampf­ förmigen Anteils schließlich der gesamte Nebel in dem gewünschten Bereich über der Lande-und Startbahn 1 auflöst.

Durch das Kondensieren des dampfförmigen Anteils der Luft­ feuchtigkeit wird dem versprühten Wasser Wärmeenergie zugeführt, so daß das rückgeführte Wasser geringfügig erwärmt ist, aber immer noch eine Temperatur deutlich unter der Temperatur der Umgebungsluft aufweist. Das rückgeführte Wasser wird, wie oben erwähnt, in der Aufbereitungsanlage aufbereitet und abgekühlt.

Insbesondere durch das Verdampfen der Nebeltröpfchen bzw. des tröpfchenförmigen Anteils der Luftfeuchtigkeit erfolgt durch Energie-Entzug ein gewisses Abkühlen des Luftkörpers. Dies hat zur Folge, daß der nebelfreie Luftkörper eine niedrigere Temperatur aufweist als die diesen Luftkörper umgebende Luft, so daß der nebelfreie Luftkörper, sofern keine Luftströmung vorhanden ist, stabil ist und insbesondere auch in Bodennähe verbleibt. Ist eine Luftströmung vorhanden und erfolgt deswegen ein seitliches Ausweichen des nebelfreien Luft­ körpers aus dem Bereich der Landebahn 1, so wird diesem Ausweichen durch ein entsprechendes Ausrichten der Düsen­ anordnungen 7 und 8 und damit der Wasserstrahlen 10 und 11, d. h. durch entsprechendes Gegensprühen entgegengewirkt.

Da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das ausgebrachte bzw. versprühte Wasser lediglich dazu dient, der Nebel-Luft durch Kondensation des dampfförmigen Wasseranteils Feuchtigkeit zu entziehen und hierdurch dann ein Verdampfen und damit Auflösen der Nebeltröpfchen zu erreichen, ist die benötigte Wassermenge bei dem erfindungsgemäßen Verfahren relativ gering. Die Wassermenge wird bestimmt durch die abzuführende Kondensationswärme des ausgeschiedenen Wassers.

Die Fig. 1 zeigt die Orientierung der Düsenanordnungen 7 und 8 sowie der Wasserstrahlen 10 und 11 in einem Fall, in dem die Tendenz eines Ausweichens des vom Nebel befreiten Luftvolumens nicht besteht.

In den Fig. 2 und 3 sind die Düsenanordnungen 7 und 8 und damit die Wasserstrahlen 10 und 11 so orientiert bzw. ausgerichtet, um ein Ausweichen des nebelfreien Luftkörpers nach rechts (Fig. 2) bzw. nach links (Fig. 3) durch Gegen­ spritzen zu verhindern. Fig. 4 zeigt als weiteres Beispiel die Ansteuerung der Düsenanordnung 7 und 8 in der Weise, daß diese Düsenanordnungen lediglich auf einer Seite der Startbahn aktiviert sind.

Das über die Düsenanordnungen 7 und 8 ausgebrachte Wasser fließt über die zu den Sammelrinnen 4 geneigte Landebahn 1 sowie über die ebenfalls zu diesen Rinnen geneigten Bereiche 3 den Rinnen zu und gelangt über die Kanalrohre 4 an die Aufbereitungsanlage 5.

Liegt die Temperatur der nebelhaltigen Luft in der Nähe des Gefrierpunktes oder unter dem Gefrierpunkt, so ist dem über die Düsenanordnungen 7 und 8 ausgebrachten Wasser ein Frostschutzmittel beigemischt. Diese Beimischung erfolgt entweder vor dem Austritt des Wassers aus den Düsenanord­ nungen 7 und 8, beispielsweise an der Aufbereitungsanlage 5 oder in dem Versorgungssystem, oder aber unmittelbar beim Austritt des Wassers aus den Düsenanordnungen. Im letzteren Fall besitzen diese Düsenanordnungen zusätzliche Düsen, mit denen das Frostschutzmittel in die Wasserstrahlen 10 und 11 eingebracht wird. Eine Umweltbeeinträchtigung oder Boden­ kontamination durch das Frostschutzmittel ist dadurch verhindert, daß das gesamte ausgebrachte Wasser über die Sammelrinnen 4 und Kanalrohre 4′ der Aufbereitungsanlage 5 zugeführt und wieder verwendet wird.

Das vorbeschriebene Verfahren zur Beseitigung von Bodennebel ist dann besonders wirksam, wenn sich die Landebahn 1 in einer Senke befindet, die Luftströmungen ausschließt oder weitestgehend ausschließt. Soweit eine solche Senke durch die natürlichen geographischen Verhältnisse nicht gegeben ist, läßt sich dies durch Wälle oder im einfachsten Fall durch Wände 12 erreichen, die zumindest beidseitig der Bereiche 3 vorgesehen sind, so daß sich die Landebahn 1 in einer künstlichen Senke oder Rinne befindet. Auch in diesem Fall können wiederum die Düsenanordnungen 7 und 8 verwendet werden. Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 sind nur die Düsenanordnungen 7 vorgesehen. Bei der Ausführungsform nach Fig. 7 sind unmittelbar an den äußeren Wänden 12 die Düsenan­ ordnungen 8 vorgesehen, und zwar teilweise auf den kleineren Masten 9 und teilweise auch auf größeren Masten 9′. Insbe­ sondere die größeren Masten 9′ können auch außerhalb der Wände 12 bzw. außerhalb der von diesen Wänden begrenzten rinnenartigen Senke angeordnet sein.

Eine solche Anordnung zeigt die Fig. 8 für eine Straße mit einer mehrspurigen Fahrbahn 13, an die sich wiederum beid­ seitig die Randbereiche 3 anschließen, wobei zwischen jedem Randbereich 3 und der Fahrbahn 13 eine Sammelrinne 4 vorge­ sehen ist.

Die Fig. 9 zeigt einen von Gebäuden 14 umgebenen Platz 15, der zumindest während bestimmter Zeiten nebelfrei gehalten werden soll. Zu diesem Zweck sind auf dem Platz 15 verteilt mehrere Masten 9′ vorgesehen, die im Bereich ihres oberen Endes jeweils eine Düsenanordnung 8 tragen, so daß mit dem aus den Düsenanordnungen 8 austretenden Wasserstrahlen 11 wiederum in der oben beschriebenen Weise eine Beseitigung des Nebels möglich ist.

Bei allen vorstehend in Zusammenhang mit den Fig. 1 bis 9 beschriebenen Ausführungen wurde davon ausgegangen, daß das Wasser über die Düsenanordnungen 7 und 8 über dem jeweiligen, vom Nebel zu befreienden Bereich ausgebracht wird.

Wie die Fig. 10 zeigt, ist es aber grundsätzlich auch möglich, daß Wasser über diese Düsenanordnungen in Bereichen auszubringen, die sich seitlich von dem vom Nebel zu be­ freienden Geländeabschnitt, nämlich beispielsweise seitlich von der Landebahn 1 befinden. Auch in diesem Fall erfolgt durch das ausgebrachte Wasser eine Reduzierung des dampf­ förmigen Anteils der in der Nebelluft enthaltenen Feuchtig­ keit bzw. des dort vorhandenen Wassers mit der Folge, daß der Dampfdruck im Luftkörper sinkt und die Nebeltröpfchen verdampfen bzw. sich auflösen, und zwar nicht nur dort, wo das Wasser aus den Düsenanordnungen 7 und 8 ausgebracht wird, sondern auch in angrenzenden Bereichen, nämlich über der Landebahn 1.

Weiterhin wurde vorstehend davon ausgegangen, daß durch das Ausbringen des Wassers über die Düsenanordnungen 7 bzw. 8 ein Auflösen bzw. Beseitigen eines vorhandenen Nebels erfolgen soll. Die beschriebenen Systeme sind aber auch präventiv anwendbar, d. h. das Ausbringen des Wassers über die Düsen­ anordnungen 7 bzw. 8 erfolgt beispielsweise in Abhängigkeit von gemessenen Daten (Lufttemperatur bzw. Lufttemperatur­ änderungen und Luftfeuchtigkeit) bereits, bevor sich Nebel ausbilden kann.

Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, daß zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne daß dadurch der die Erfindung tragende Erfindungsgedanke verlassen wird.

Bezugszeichenliste

1 Landebahn
2 Flugzeug
3 Seitenbereich
4 Sammelrinne
4′ Kanalrohr
5 Aufbereitungsanlage
6 Versorgungsleitung
7, 8 Düsenanordnung
9, 9′ Mast
10, 11 Wasserstrahl
12 Wand
13 Fahrbahn
14 Gebäude
15 Platz

Claims (12)

1. Verfahren zur Verhinderung oder Beseitigung von Nebel über einem Geländeabschnitt, beispielsweise über einer Lande- und/oder Startbahn für Luftfahrzeuge, einer Fahrbahn oder einem Straßen- oder Platzbereich usw., bei dem (Verfahren) über mehrere Düsenanordnungen (7, 8) Wasser in ein Luftvolumen oder in einen Luftkörper am Geländeabschnitt zur Bildung von fein verteilten Wasser­ tropfen ausgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des ausgebrachten Wassers deutlich unter der Temperatur der Luft des Luftkörpers derart gewählt ist, daß im Luftkörper vorhandener Wasserdampf an dem ausge­ brachten Wasser kondensiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des ausgebrachten Wassers so gewählt ist, daß sie wenigstens 5°C unter der Temperatur der Luft liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des ausgebrachten Wassers so gewählt ist, daß sie etwa 10°C unter der Temperatur der Luft liegt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß dem ausgebrachten Wasser ein Frost­ schutzmittel beigemischt ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Beimischen des Frostschutzmittels an oder in den Düsenanordnungen (7, 8) erfolgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, gekennzeichnet durch die Verwendung von in ihrer Richtung einstellbaren Düsenanordnungen oder Düsen.

7. System zur Verhinderung oder Beseitigung von Nebel über einem Geländeabschnitt, beispielsweise über einer Lande-und/oder Startbahn für Luftfahrzeuge, einer Fahrbahn oder einem Straßen- oder Platzbereich usw., mit mehreren Düsenanordnungen (7, 8) zum Ausbringen von Wasser in ein Luftvolumen oder in einen Luftkörper an dem Geländeabschnitt zur Bildung von fein verteilten Wasser­ tropfen und zur Verhinderung oder Beseitigung von Nebel, gekennzeichnet durch eine Versorgungseinrichtung, mit der die Temperatur des ausgebrachten Wassers deutlich unter der Temperatur der Luft des Luftkörpers derart gewählt ist, daß im Luftkörper vorhandener Wasserdampf an dem ausgebrachten Wasser kondensiert und hierdurch dem Luftkörper Feuchtigkeit entzogen wird.

8. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des ausgebrachten Wassers wenigstens 5°C unter der Temperatur der Luft liegt.

9. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des ausgebrachten Wassers etwa 10°C unter der Temperatur der Luft liegt.

10. System nach einem der Ansprüche 7-9, gekennzeichnet durch Mittel, um dem ausgebrachten Wasser ein Frost­ schutzmittel beizumischen.

11. System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Beimischen des Frostschutzmittels an oder in den Düsen­ anordnungen (7, 8) erfolgt.

12. System nach einem der Ansprüche 7-11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Düsenanordnungen oder Düsen in ihrer Richtung einstellbar sind.