EP1960605B1

EP1960605B1 - Bahnsteigtemperierung

Info

Publication number: EP1960605B1
Application number: EP06819020A
Authority: EP
Inventors: Helmut Dörr; Reiner Wittig
Original assignee: Frenzel Bau & Co KG GmbH
Current assignee: Frenzel Bau & Co KG GmbH
Priority date: 2005-12-12
Filing date: 2006-12-12
Publication date: 2009-09-30
Anticipated expiration: 2026-12-12
Also published as: EP1960605A1; WO2007068442A1; RU2008128131A; PL1960605T3; ATE444401T1; DE502006005008D1; DK1960605T3

Description

Die Erfindung betrifft einen modularen Bahnsteig mit über einem Hohlraum verlegten rasterartigen Laufplatten sowie dessen Verwendung in Kombination mit einer Erdwärmeheizung.
In einer Firmenveröffentlichung berichtet 2003 die ARCADIS Consult GmbH von einem erfolgreich praktizierten System "WinnerWay" (Deutsche Wortmarke), bei dem notwendige Infrastruktur als Wärmekollektor genutzt wird, darunter auch Parkplätze, Flugfelder, Brücken, und Straßen. Diese Verkehrsflächen sammeln Sonnenwärme ein, die in tiefen Grundwasserschichten gespeichert wird. Über einen Wärmetauscher dient sie im Winter zum Heizen und im Sommer durch "Umkehrschub" zum Kühlen. "Nachhaltig erzeugte Wärme oder Kälte kann über einen langen Zeitraum gespeichert und bei Bedarf abgerufen werden, wodurch fossile Energie geschont werde.
Allerdings müsse das System von vornherein eingeplant werden, ein nachträglicher Einbau sei derzeit nicht rentabel.
Unter den jeweiligen wird ähnlich einer Fußbodenheizung ein spezielles Rohrsystem gelegt. Dieses leitet die aufgesogene Sonnenwärme hinab zu Grundwasser führenden Sandschichten. Dieses Grundwasser dient als so genannter Aquiferspeicher. Die Rohrleitungen bilden ein in sich geschlossenes System, das über Tiefbrunnen diesen Speicher anzapft. Über Wärmetauscher wird je nach Bedarf Wärme oder Kälte entzogen. Dabei heizt sich die Warmwasserquelle auf 20 bis 25 Grad auf, die Kaltwasserquelle kühlt auf 6 bis 8 Grad ab.
Durch Heizung oder Kühlung verlängern sich Intervalle für die Wartung und Instandsetzung von Straßen und Plätzen, da der Untergrund stabil gehalten wird, sich im Sommer keine Spurrillen durch Aufweichen des Straßenbelags bilden und im Winter auf umweltschädliche Enteisungsmittel verzichtet werden kann. Die Qualität des Bauwerkes wird erhöht und zusätzlicher Nutzen als Energie aus den Flächen gezogen. Der produzierte Wärmeüberschuss, der bis zu 80 Prozent betragen kann, lässt sich ins öffentliche Versorgungsnetz einspeisen oder zur Heizung oder Klimatisierung benachbarter Gebäude nutzen.
Das Dokument DE 2913151 A1 zeigt ein Verfahren zum Freihalten oder Abtauen von Freiflächen wie Verkehrsflächen von Schnee- und Eisbelag durch Beheizung der Freifläche mittels eines unter ihr verlegten, von einem die Freifläche erwärmenden Medium, insbesondere Grundwasser, unter der Wirkung einer Umwälzvorrichtung durchströmten Rohrsystems. Eine kostenmäßig vertretbare Röhrenflächenheizung umfasst Röhren, die mit einer Substanz überzogen sind, die keine Bindung zwischen Röhrenoberfläche und Estrich- oder Belagmaterial zulassen, und an den Umbiegungs- oder Wendestellen der Röhren für die Röhren ein Freiraum vorgesehen ist. Mit dieser Maßnahme werde erreicht, dass allein vom Material her die Röhren am Material des Estrichs oder Belages gleiten können und keine reibungsfeste Verbindung eingehen, aber die Möglichkeit besteht, dass sich die Wärmedehnung, welche nunmehr nicht örtlich als Sprengspannung auf den umhüllenden Estrich oder Belag wirkt, an den Umbiegungs- oder Wendestellen der Röhren als Längsdehnung frei auswirken kann. Vorzugsweise werden beispielsweise die Röhren mit einem Film oder Anstrich versehen, welcher diese Reibung verhindert und die Röhren entsprechend gleitfähig macht.
In der Zeitschrift Bauingenieur, Ausgabe 09-2005, Band 80 wird von Katzenbach, R.; Waberseck, Th. unter dem Titel "Innovationen bei der Nutzung geothermischer Energie im Verkehrswegebau" ausführlich über das System "QuaWidis" berichtet. Die Erdwärmenutzung biete neue Anwendungsmöglichkeiten im Bereich des Verkehrswegebaus und liefert einen Überblick über diese aktuellen Entwicklungen bei der Nutzung geothermischer Energie im Verkehrswegebau, wobei der Brückenbau und die Weichenheizung im Vordergrund stehen, um diese Systeme eisfrei zu halten..
Aus der DE 3532542 C2 ist eine von Erdwärme gespeiste Fahrbahn-Heizungsanlage mit in der Fahrbahn flächendeckend und wärmeleitend verlegter Wärmerohre bekannt, die jeweils eine unmittelbar unterhalb der Fahrbahnoberfläche verlaufende Kondensationszone und jeweils eine in die Tiefe des Erdreiches sich erstreckende Verdampfungszone für ein in den Wärmerohren befindliches Wärmeträgermedium aufweisen, ferner mit Sensoren zur Erfassung der für den Straßenzustand relevanten Klimafaktoren und einem Steuergerät zum klimaabhängigen Eingreifen in die Heizungsanlage. Dabei soll die Wärmeübertragungsleistung der Wärmerohre durch eine reversible Blockade der Kondensationszonen der Wärmerohre steuerbar sein und die Blockade bei trockener Kälte durch die von außen direkt mengenregelbare Zufuhr eines Inertgases in die Kondensationszonen der Wärmerohre bewirkt werden.
Ähnliche Systeme sind auch in der DE 2527500 A1 und der DE 19630558 A1 und der DE 3217155 A1 beschrieben. Als Wärmeträger dient auch dort Wasser dem Frostschutzmittel zugegeben wurde oder eine spezielle Kältemittelzusammensetzung mit einstellbarem Siedepunkt, wie dies dem Fachmann für sich bekannt ist.
Aus der WO 2005/045134 A1 ist eine Bahnsteigkante bekannt, die über Erdwärme als Wärmequelle beheizt werden soll, indem Verteilrohre mit Gefälle, die die Bahnsteigkante durchziehen, zu einer Erdbohrung führen sollen. Das Rohrsystem soll im Wesentlichen Kapillarrohre haben, die beispielsweise mit CO₂ als Wärmeträgermedium befüllt sind und mittels Pumpen zirkuliert.
Aus dem Dokument EP 0357161 B1 ist ein Prototyp weit verbreiteter modularer Bahnsteige mit Hohlraum für eine Leitungstrasse unter einer plattierten Laufebene, der teils aus Betonfertigteilen besteht, bekannt. Auf quer zur Bahnsteiglängsachse angeordneten Betonsockeln liegen parallele Längsträger, auf denen, in einem Fugen bildendem Abstand, Laufplatten ruhen, die die Längsträger quer überdecken.
Das Dokument DE 43 08 748 A1 zeigt einen modularen Bahnsteig aus bewehrten, vorgefertigten Laufplatten, in welchen heizröhre vorgesehen sind.
Von daher liegt der Erfindung das Problem zugrunde, einen verbesserten Bahnsteig vorzuschlagen, der im Freien auch im Winter eisfrei bleibt bei geringen Betriebskosten und nur geringfügig erhöhtem Bauaufwand für die modulare Bauweise der Bahnsteige.
Das Problem wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 6. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Die Lösung umfasst einen modularen Bahnsteig mit über einem Hohlraum verlegten rasterartigen Laufplatten, die als Betonfertigteile vorgefertigt sind, die Betonfertigteile mit einer Bewehrung etwas oberhalb der Mitte der Dicke der Laufplatte versehen sind, die Bewehrung ein Rohrsystem zur Führung eines Wärmeträgermediums im Wesentlichen überdeckt und das Rohrsystem in den Laufplatten in horizontalen Spiralen, Schleifen oder Mäandern verlegt ist, wobei Vorlauf- und Rücklauf-Anschlusselemente des Rohrsystems an stets derselben Stelle der Laufplatten angeordnet sind.
Am Beispiel eines typischen Haltepunktes, ausgestattet mit diesem Heizsystem in Kombination mit Erdwärmesonden zur Beheizung von zwei Bahnsteigen A, B und einer notwendigen Rampenanlage des neuen Bahnhofs soll die Erfindung zunächst allgemein erläutert werden. Später wird ein Teil des Bahnsteigs in einer Zeichnung dargestellt.
Diese Beschreibung stellt die Annahmen zur Anlagenkonzeption, die technischen Details der Heizungsanlage, das Funktionsprinzip sowie die Vorgehensweise beim Bau und Betrieb des Erdwärmeheiz-Systems vor, nämlich modulare Bahnsteige hohen Vorfertigungsgrades mit dem für andere Zwecke konzipierten WinnerWay-System zu kombinieren
Das Nutzungskonzept sieht Erdwärme als natürliche regenerative Energiequelle zur Eis- und Schneefreihaltung der Bahnsteigflächen vor. D.h. es wird keine weitere Energie zur Wärmeerzeugung eingesetzt. Lediglich für die Soleumwälzpumpe, die das Wärmeträgermedium im Kreislauf führt, wird zusätzliche elektrische Energie benötigt. Die Bahnsteigoberfläche wird mittels der Erdwärme auf einem mehr oder weniger konstantem Temperaturniveau >0 °C gehalten, so dass es nicht zur Eisbildung kommen kann. Der herkömmliche manuelle Winterdienst kann daher vollständig entfallen.
Die zur Beheizung des Bahnsteigs notwendige Wärmeenergie kann auf verschiedene Weisen gewonnen werden. Eine Systemvariante basiert auf der Nutzung des Untergrundes (sogenannter Aquifer-Speicher) als saisonalen Wärmespeicher, wobei die solare Einstrahlung auf oberirdische Bauwerke (z.B. Bahnsteige) den Energieinput in das System liefert. Alternativ werden Erdwärmesonden zur Wärmeenergiegewinnung genutzt. Die Erdwärmesonden bestehen heute in der Regel aus Polyethylen-(PEHD)-Rohrleitungen, die in Bohrlöcher eingebaut werden und die Funktion von Erdwärmetauschern zwischen Gestein und zirkulierendem Wärmeträger übernehmen.
Der Transport der Erdwärme erfolgt über ein geschlossenes Kreislaufsystem in welchem ein Wärmeträger im Kreislauf gepumpt wird Ausgehend von den Erdwärmesonden wird der Wärmeträger über den Vorlaufverteiler und die Vorlaufleitungen in die Bahnsteigflächen gepumpt. Innerhalb der Bahnsteigplatten ist ein Rohrsystem verlegt, welches eine Funktion ähnlich einer Fußbodenheizung übernimmt und die Wärme gleichmäßig über die Bahnsteigplatten verteilt. Von dort wird der Wärmeträger über die in einem Betriebsgebäude installierte Pumpe und über den Rücklaufverteiler wieder zurück in die Erdwärmesonden gedrückt und der Kreislauf ist geschlossen.
Während der Sommermonate wird die, durch solare Einstrahlung auf die Plattenoberfläche entstehende Wärme durch das zirkulierende Wärmeträgermedium in den Untergrund abgeführt. Über die Erdwärmesonden wird diese Wärme an das umgebende Gestein abgegeben und dort gespeichert. Im Winter erfolgt eine Umkehrung des Wärmetransports, so dass ab bestimmten Außentemperaturen die gespeicherte Wärme im Gestein zur Beheizung der oberirdischen Bauwerke verwendet werden kann.
Die Bohrungen werden entlang des Bahnsteigs angeordnet. Zur Überwachung der Gesteinstemperaturen im Untergrund werden parallel zum Einbau der Erdwärmesonde auch Temperaturfühler ins Bohrloch eingebracht.
Als Wärmeträgermedium (Sole) wird eine Mischung aus Wasser und lebensmittelechtem Monoethylenglykol (Frostschutzmittel, Typ Tyfocor L) eingesetzt. Die Solemischung wird so eingestellt, dass ein Frostschutz bis - 25°C garantiert ist. Dies entspricht einem Anteil von 45% Tyfocor L Frostschutzmittel. Da der gesamte Wasserkreislauf ein geschlossenes System darstellt, ist ein direkter Kontakt mit dem Untergrund nicht gegeben.
Als Erdwärmesonden werden Doppel-U-Sonden eingesetzt. Hierbei handelt es sich um beispielsweise vier Rohre, die parallel im Bohrloch verlaufen und unten, am Sondenfuß, jeweils paarweise miteinander verbunden sind. Die Verbindung erfolgt über ein werksgeschweißtes V-förmiges Verbindungsteil. Somit dienen zwei Leitungen als Rücklauf zum Sondenfuß und die anderen beiden Leitungen als Vorlauf zum Sondenkopf.
Am Sondenkopf werden jeweils die Rücklauf- sowie die Vorlaufleitungen über ein "Hosenstück" (Y-Stück) miteinander verbunden und in einem Leitungsgraben zum Vorlauf- bzw. Rücklaufverteiler geführt, Innerhalb des Leitungsgrabens verlaufen daher bis 10 Vorlauf- und Rücklaufleitungen zwischen Erdwärmesonden und entsprechendem Verteiler. Dabei werden die Vorlaufleitungen jeweils isoliert ausgeführt werden. Bei einem Abstand der Rohrleitungen untereinander von etwa 0,05 m und einer Leitungsanordnung in drei Ebenen ergibt sich die maximale Grabenbreite zu 0,85 m, bei einer Aushubtiefe von 1,2 m.
Der Vorlaufverteiler bündelt die von den Erdwärmesonden kommenden Vorlaufleitungen und verteilt den Wärmeträgerstrom auf die drei Heizkreise.
Der Rücklaufverteiler verteilt den Wärmeträgerstrom wieder auf die einzelnen Rücklaufleitungen, die zu den Erdwärmesonden führen.
Abgehend vom Vorlaufverteiler erfolgt ein direkter Anschluss der Bahnsteige über entsprechende Zuleitungen (Vorlauf). Wie oben aufgeführt, ist der Bahnsteig A über eine Rohrleitung z.B Ø 63 mm angeschlossen. Der Bahnsteig B wird ebenfalls über eine Vorlaufleitung versorgt. Unterhalb des jeweiligen Bahnsteigs gehen diese Leitungen in eine isolierte Duoleitung z.B. Ø 184 mm (2 x Ø 63 mm) über.
Im Bahnsteig selbst sind Heizungsrohre Ø 20 mm verlegt, d.h. in jede der als Betonfertigteil gefertigten Bahnsteigplatte ist solch ein Rohrregister im Betonfertigteilwerk integriert worden. Über die isolierten Duoleitungen unterhalb der Bahnsteige genauer- im Hohlraum unter den Laufplatten, werden die Rohrregister in den Platten mit dem Wärmeträgermedium versorgt. Die Vor- und Rücklaufleitungen für die Bahnsteigplatten, werden jeweils unterhalb der Laufplatten an diesen herausgeführt und in die isolierte Duoleitung 0 184, die als Sammelrohr jeweils für Vor- bzw. Rücklauf fungiert, eingebunden. An der Laufplatten-Unterseite sind im Abstand von 1,25 m am Rand und in der Mitte jeder Laufplatte Halfenschienen angebracht. Sämtliche Leitungen sind mittels Rohrschellen an diesen Halfenschienen befestigt.
Die einzelnen Bahnsteigplatten stellen somit parallel geschaltete Einzelheizkreise dar, die jeweils über eine separate Anbindung an das Gesamtsystem verfügen Zur Gewährleistung der gleichmäßigen Durchströmung aller Platten, erfolgt die Rohranordnung nach dem so genannten Tichelmann-System, auch "System gleicher Wegtängen" genannt. Die Rohre sind beim Tichelmann-System so angeordnet, dass jedes Wasserteilchen die gleiche Wegstrecke zurückzulegen hat, gleichgültig welchen Weg es nimmt. Hierfür wird je Bahnsteig A und B eine weitere unisolierte Rücklaufleitung 0 75 mm benötigt, die ebenfalls unterhalb der Bahnsteige installiert sind und zum Betriebsgebäude mit der Pumpe führen. Dieses System bietet den Vorteil, dass ein komplizierter und für diesen Fall armaturenaufwendiger hydraulischer Abgleich gänzlich entfallen kann.
Die Rohrregister 0 20 mm sind direkt in die Betonfertigteile des Bahnsteigs einbetoniert. Der horizontale Verlegeabstand der Rohrleitungen innerhalb einer Bahnsteigplatte beträgt ca. 25 cm. Die Verlegetiefe unter der Plattenoberfläche liegt bei ca. 6 cm. Die Rohrleitungen werden unterhalb der oberen Bewehrung an den Bewehrungsmatten befestigt. Diese Befestigung erlaubt es, auf Freiräume und Dehnungsbögen nach dem Stand der Technik zu verzichten.
Daraus ergibt sich je Platte eine Rohrlänge von ca. 25 m. Dies entspricht einer Verlegedichte von 4 m Heizungsrohr pro Quadratmeter Plattenoberfläche. Die Ein- und Ausgänge der Vor- und Rückläufe der Regelbahnsteigplatten liegen jeweils z.B ca. 75 cm von der gleisabwärtigen Außenkante der Bahnsteigplatten entfernt, aber aus fertigungstechnischen Gründen stets derselben Stelle der Platte. Im Bereich der Sonderplatten an den Bahnsteigrampen, deren Abmessungen nicht mit den Regelbahnsteigplatten übereinstimmen, ist die Entfernung der Ein- bzw. Ausgänge der Heizungsrohre in die Bahnsteigplatten in Oberflächenstrukturplänen anzugeben und vor Ort gegebenenfalls anzupassen.
In den Oberflächenstrukturplänen der jeweiligen Einzelplatten sind zudem die Lage und der Verlauf der Rohrleitungen schematisch eingezeichnet. Für die Rampen, Sonderflächen werden die Lage und der Verlauf der Rohrleitungen in den Schal- und Bewehrungsplänen der jeweiligen Einzelplatten festgehalten. Zusätzlich ist eine Laufplatte/Regelbahnsteigplatte dokumentiert, die den Verlauf der Heizungsrohre in der Platte und die Anbindung der Bahnsteigplatten an die Zu- und Ablaufleitungen darstellt. Um eine bestmögliche Wärmeverteilung auf der Platte gewährleisten zu können, sind die Heizungsrohre spiralförmig / mäanderförmig verlegt.
Der Einbau der Rohre in die Bahnsteigfertigplatten erfolgt im Fertigungswerk anhand einer Vorplanung. Vor Ort werden lediglich die Vor- und Rücklaufleitungen im Bahnsteig-Hohlraum und deren Anbindung an die Rohrregister in den Bahnsteigplatten hergestellt.
Sämtliche Rucklaufleitungen mit dem abgekühlten Wasser (Winter) werden unisoliert ausgeführt. Sie führen in ein Betriebsgebäude, in welchem die Pumpe und Sicherheitsarmaturen sowie die Anlagesteuerung untergebracht sind. Von hier wird das Rücklaufwasser wieder über eine Rücklaufleitung in den Rücklaufverteiler und von dort in die einzelnen Sonden eingespeist. Da es sich um eine elektrisch angetriebene Pumpe, handelt, ist die Lärmentwicklung der Anlage vernachlässigbar.
Alle Vorlaufleitungen sind als Fernwärmeleitungen mit entsprechender Wärmedämmung ausgeführt, um den Wärmeverlust zu minimieren. Die oberflächennahe Rohrleitungsführung erfolgt in Leitungsgräben Unterflur zu den Sonden. Diese Leitungsgräben werden auch für die Kabelführung der verschiedenen Mess-/ Regelsensoren genutzt.
Das zur Fertigung der Erdwärmesonden verwendete Polyethylen (PEHD) weist eine sehr hohe Temperatur- und Korrosionsbeständigkeit sowie chemische Beständigkeit auf und besitzt eine lange Zeitstandfestigkeit (mind. 50 Jahre). Aufgrund der bestehenden Langzeiterfahrungen mit dem Werkstoff im Bereich von erdverlegten Gas- und Wasserrohren weiß man, dass PEHD im Erdreich eine dauerhafte Anlagensicherheit bietet. Zum Schutz der Erdwärmesonden und zur optimalen Wärmekopplung an den umgebenden Fels werden die Bohrlöcher mit einer Bentonit-Zement-Suspension verpresst. D.h. die PEHD-Rohre sind nach Fertigstellung der Erdwärmesonden fest im Bohrloch einbetoniert und können nicht mehr durch das Gestein beschädigt werden. Alle Vor- und Rücklaufleitungen inklusive der Rohrleitungen in den Bahnsteigplatten sind aus hochwertigem PE-Xa Material gefertigt, welches sich gegenüber dem PEHD Material durch eine noch höhere Zeitstandfestigkeit und Robustheit (z.B. keine Rissfortpflanzung) auszeichnet. Dies ermöglicht eine direkte Erdverlegung der Rohrleitungen ohne Verwendung von Leerrohren und Sandbett.
Im zu erwartenden Betriebstemperaturenbereich der Heizungsanlage sind die verwendeten Rohrleitungen diffusionsdicht.
Sobald im Sommer die Bahnsteigtemperatur um 3 K höher als die mittlere Temperatur im Erdwärmesondenspeicher ist, geht die Anlage in Betrieb. Sie gewinnt kontinuierlich Wärme aus den Bahnsteigflächen bzw. Laufplatten und führt diese dem Erdwärmesondenspeicher zu. Die Temperatur im Erdwärmesondenspeicher erhöht sich dadurch. Ein gewisser Teil dieser Energiemenge "fließt" als Verluste z.B. mit dem Grundwasser aus dem Speicher ab.
Die Steuerung der Anlage wird so optimiert, dass bei minimaler Laufzeit mit möglichst hoher Entzugsleistung Wärme auf möglichst hohem Temperaturniveau gewonnen werden kann. Die Optimierung erfolgt anhand der aufgezeichneten Temperaturen in der Form, dass die zu fördernden Volumenströme mittels der drehzahlgeregelten Pumpe angepasst werden. D.h. für die Pumpe wird analog einer Heizkennlinie eine entsprechende Kurve erstellt, nach der die Pumpe gefahren wird. Ziel dieser Optimierung innerhalb von 2 Jahren ist es, im Winter nur so viel Wärme aus dem Speicher zu Heizzwecken zu entnehmen wie unbedingt notwendig und somit eine unnötige Auskühlung des Untergrundes zu verhindern.
Im Winter nimmt die Anlage den Betrieb auf, wenn die mittlere Bahnsteigtemperatur 3°C unterschreitet und schaltet aus, wenn diese wieder größer als 3°C ist. Dabei schaltet die Anlage zunächst in einen Grundlastbetrieb, der ein Auskühlen des Bahnsteigs verhindert. Sobald ein Eis- und Schneemelder Feuchtigkeit auf der Belagsoberfläche registriert, wird die Pumpleistung entsprechend der Außentemperatur bis in den Spitzenlastbetrieb hochgefahren.
Diese Verfahrensweise garantiert, dass den jeweiligen Witterungsverhältnissen entsprechend die dafür vorgesehene Wassermenge in die Bahnsteigplatten geführt wird. Durch die sanfte und gewissermaßen "vorausschauende" winterliche Betriebsweise wird verhindert, dass plötzlich hohe Wärmeleistungen mit hohen Vorlauftemperaturen notwendig werden, um z.B. Blitzeis aufzutauen.
Die Betriebsparameter der Anlage werden in den ersten beiden Betriebsjahren optimiert. Ein Test- und "Einfahrbetrieb" kann bei laufendem Bahnbetrieb erfolgen.
Zur korrekten Dimensionierung der Anlage (ausreichender Wärmetransport/- speicher) wurden entsprechende hydrogeologische Voruntersuchungen durchgeführt und eine Zeitreihe von Klimadaten des Bauortes ausgewertet. Grundlage für die Konzeptionierung sind die Angaben der Lage und Fläche der Bahnsteige und geologischen Recherchen.
Betrachtet werden zwei Bahnsteige mit je 90 m Länge und 2,5 m Breite sowie eine Rampenanlage (ca. 170 m²). Die Gesamtfläche der zu beheizenden Freifläche beträgt 620 m². Die einzelnen Regelbahnsteigplatten besitzen quadratische Abmessungen von 2,5 m x 2,5 m. D. h. die beiden Bahnsteige setzen sich aus jeweils 36 Platten zusammen. Für Rampen werden zusätzlich 25 Sonderplatten gefertigt, deren Grundriss in Form und Größe von den Regelbahnsteigplatten / Laufplatten abweicht.
Für einen Sollbetrieb wird angenommen, dass die Bahnsteigheizung ab einer Außenlufttemperatur von ≤3° C betrieben wird und die Oberflächentemperatur dauerhaft auf +3° C gehalten wird. Für die Wintermonate wird angenommen, dass in der Summe eine Gesamtschneehöhe von 500 mm auf den Bahnsteig fällt und vom System geschmolzen werden muss. Für Freiflächenheizungen gelten teilweise andere Voraussetzungen als für Flächenheizungen nach DIN EN 1264. Bei der Berechnung der Wärmeleistung sind zu berücksichtigen:
Wenn eine genaue Ermittlung des für diesen Anwendungsfall notwendigen Heizlast durch die Komplexheit der einzelnen Parameter und die stark schwankenden klimatischen Bedingungen nur mit einem sehr hohen mathematischen Aufwand durchzuführen ist, kann auf bewährte Werte der aus Fachbüchern bekannten Freiflächenheizungsdimensionierung zurückgegriffen werden. So ergeben sich bei permanentem Betrieb ab Außentemperaturen von +4°C ca. 150 - 250 W/m² für die reine Eis- und Schneefreihaltung und bis zu 600 W/m² zur Schneeschmelze, je nach Schneefallintensität und Schmelzzeit. Diese ist hier aufgrund der nicht mehr in Betracht gezogenen Wärmepumpe über dieses System nicht abzudecken. Der Schnee kann u. U. für längere Zeit liegen bleiben, bis er durch die max. Vorlauftemperatur abgeschmolzen ist.
Aufgrund der sehr geringen Belastungsanforderungen der Laufplatten, können die Heizungsrohre der Flächenheizung relativ nah unter der Plattenoberfläche verlegt werden. Gegenüber herkömmlichen Freiflächenheizungen hat das den besonderen Vorteil, dass mit relativ geringen Vorlauftemperaturen hohe spezifische Wärmemengen an die Bauteiloberfläche übertragen werden können.
Der notwendige Wärmestrom in Abhängigkeit der Heizmedienlage innerhalb der Platte, der Plattenkonstruktion und der minimal zur Verfügung stehenden Vorlauftemperaturen zur Sicherstellung einer Oberflächentemperatur größer 0°C für die Außentemperaturen, bei denen es zu Glatteisbildung bzw. Schneefall kommt, berechnet worden.
Glatteis bildet sich bei Luft- und Bodentemperaturen zwischen 0°C und -6°C, und Schnee fällt meist nur bei Außentemperaturen von 0 °C bis -5°. Somit werden für diesen Anwendungsfall tiefere Temperaturen nicht berücksichtigt.
Da die Wärmeabgabe einer im Freien liegende Laufplatte sehr stark von den örtlichen Verhältnissen abhängt, müssen die Leistung und die daraus resultierenden Betriebstemperaturen objektbezogen ermittelt werden. Bei der hier vorgesehenen Anwendung bei modularen Bahnsteigen gemäß EP 0357161 liegen die Betonplatten nicht wie üblich auf bzw. im Erdboden, sondern auf Fundamenten, sodass sich die für Freiflächenheizungen übliche - energiezehrende - Wärmelinse durch den Beharrungszustand des Erdreiches nicht einstellen wird. Für eine schnelle Ermittlung der Leistung der Wärmeerzeuger kann bei eisfreier Haltung von einer spezifischen Leistung der Freiflächenheizung von q = 150 W/m² ausgegangen werden, welche mittels der DIN EN 1264 Berechnung der Wärmeleistung von Fußbodenheizungen überprüft und den Gegebenheiten entsprechend nachgerechnet worden ist.
Es wird demnach eine maximale Gesamtwärmestromdichte bei -6°C Außentemperatur von 131 W/m² benötigt. Die gesamte zu beheizende Fläche beträgt ca. 620 m². Daraus ergibt sich eine Wärmeleistung von ca. 80 kW. Zur Deckung etwaiger Netzverluste werden zusätzlich 10% der benötigten Wärmeleistung als Sicherheit eingerechnet. Somit ergibt sich eine Gesamtwärmeleistung von etwa 90 kW.
Als Grundlage für die thermische Aktivierung des Bodens wird davon ausgegangen, dass in erreichbaren Tiefen der mögliche Wärmeertrag mittels Erdwärmesonden bei 50 W/m Sondenlänge (Literaturwert beispielsweise für Grauwacke/Tonschiefer nach VDI 4640) liegt. Um den Wärmebedarf von ca. 90 kW zu decken, sind je nach Wärmeleitfähigkeit/-speicherkapazität des Gesteins mindestens 1.800 m Erdwärmesonden notwendig. Daher ist vorgesehen z.B. 9 Erdwärmesonden à 200 m mit einem horizontalen Sondenabstand von 5 m einzubauen.
Die Heizungsrohre werden in Form einer Parallel-/ Schneckenverlegung in der Betonbahnsteigplatte montiert und an die bereits beschriebenen Sammelrohre angeschlossen. Die Sammelrohre münden in die Industrieverteiler.
Bei einer für Fußbodenheizungen üblichen Temperaturdifferenz von 5 K und unter Berücksichtigung der spezifischen Wärmekapazität der Sole, ergibt sich der erforderliche Gesamtvolumenstrom von gut 16 m³/h.
Die zur Überwindung der Druckverluste und zum Fördern des Volumenstromes notwendige Pumpe ist anhand der zuvor berechneten Daten mit herstellerspezifischen Programmen berechnet worden.
Zur Steuerung und Regelung der Anlage ist eine ausreichende Messgeräte-Instrumentierung vorgesehen mit Temperatur und Mediendatenfließdaten.
Ein Prozessregler regelt über einen Frequenzumrichter die Drehzahl und somit auch die Förderleistung der Pumpe in Abhängigkeit von der gemessenen Bahnsteigtemperatur. Ein zusätzlicher Eiswarner mit Schnee- und Eisfühler ist dem Prozessregler überlagert und schaltet über den Prozessregler den Stellgrad bzw. die Förderleistung für die Pumpe bei Eisalarm auf 100% Drehzahl.
Alle Sensoren werden zusammen mit den Rohrleitungen verbaut und ermöglichen einen weitestgehend automatischen Anlagenbetrieb. Regelungen/Steuerungen von "Außen" sowie Systemwartungen werden auf ein Minimum reduziert. Platzreserven für eventuelle spätere Erweiterungen sind vorgesehen.
Die Umrechnung der Investitionskosten auf die Gesamtfläche des Bahnsteiges ist nicht sinnvoll, da hier kein linearer Zusammenhang besteht. I. d. R. kann davon ausgegangen werden, dass, je größer der Bahnsteig desto geringer die verhältnismäßigen zusätzlichen Kosten für die Installation des erfinderischen Systems.
Die laufenden Betriebskosten können im Vorfeld nur ungefähr abgeschätzt werden; da zu diesem Zeitpunkt noch keine sicheren Angaben über die Laufzeiten der Pumpe, Wartungskosten etc. gemacht werden können. Die Gesamtbetriebskosten betragen ca. 2.800 EUR pro Jahr, ein extrem niedriger Wert.
Den anfallenden Kosten stehen nachfolgende jährlich Einsparungen für Winterdienst und Bahnsteigreinigung/Zugreinigung durch Verschmutzung mit Streusalz und Splitt. Um ca. 30 % verlängert sich die Lebensdauer der Bahnsteigplatten, da der Beton keinen extremen Temperaturschwankungen mehr ausgesetzt ist. Das System kühlt die Platten im Sommer und wärmt sie im Winter. Frost- und Tausalzschäden, wie sie beim herkömmlichen Winterdienst auftreten, entfallen. Die Belastung der Umwelt durch Streusalz entfällt.
An Hand einer Zeichnung soll der erfinderische modulare Bahnsteig kurz erläutert werden, um die Informationen für den Fachmann abzurunden.
Es zeigen:

Figur 1 - einen Querschnitt durch ein Gleis und einen Bahnsteig sowie eine Erdwärmegewinnungsanlage;
Figur 2 - eine schematische Darstellung des Rohrsystems im Bereich des Bahnsteigs;
Figur 3 - eine schematische Vorderansicht in den Hohlraum eines Bahnsteiges gemäß Figur 1;
Figur 4 - einen Querschnitt durch eine Laufplatte eines Bahnsteiges gemäß Figur 1.

Im Folgenden haben funktionsgleiche oder identische Bauteile ein identisches Bezugszeichen.
Neben einer Gleisanlage 2 wird ein neuer Haltepunkt oder Bahnsteig 1 errichtet. Dieser Bahnsteigtyp ist aus ausführlich beschrieben in der europäischen Patentschrift EP 0 357 161 B1 .
Auf einem Fundament 11 sind höckerförmige Querträger 12 in Abständen zueinander angeordnet, die als Lager für Längsbalken 13 dienen. Auf den Längsbalken 13 sind, diese quer überragend zur Bildung einer Fluchtnische, Laufplatten 14 angeordnet. An den Laufplatten selbst oder diese durchgreifend kann ein Geländer 16 und eine Beleuchtung 17 angeordnet sein. Im Fundament ist noch eine Entwässerungsleitung 18 zu sehen.
Von einer Erdwärmesonde 30 oder einer Vielzahl derartiger Sonden, die hintereinander geschaltet sind, wird über ein Rohrsystem 31, das parallel in einer Rohrwanne unter Zwischenfügung von Wärmedämmung zum Bahnsteig 1 geführt wird, ein Rohrleitungssystem 31 zu sehen, das über eine Pumpe im Bahnsteig 1 beispielsweise als Doppelrohr 33 mit Vorlauf und Rücklauf sowie ein zusätzlichen Rücklauf 32 geführt wird.
Figur 3 zeigt eine vergrößerte Situation von Figur 1. Auf den Längsbalken 13 ist eine Laufplatte 141 quer aufgelegt. In dem Hohlraum 15 wird ein Doppelrohr 33 sowie ein Rücklaufrohr 32, an einer Halfenschiene 145, die in die Laufplatte 141 eingegossen wurde, hängend geführt. Von der Leitung 33 wird ein Vorlauf und ein Rücklauf in die Platte geführt, dort mit V / R bezeichnet.
Figur 4 zeigt die konkrete Lage des Vor- und Rücklaufes in der Laufplatte 141, die einem Bewehrungskorb 148 versehen ist. Dieser Bewehrungskorb hat mindestens eine obere Bewehrungslage 147 und überdeckt damit den Vorlauf und Rücklauf des Erdwärmeheizungssystems, das von der Rohrleitung 33 der Laufplatte 141 zugeführt wurde.
Figur 2 zeigt schematisch das Erdwärmesystem im Bereich der wärmetechnisch parallel geschalteten Laufplatten. Die Leitung 33 und die Leitung 32 sind der Übersicht halber parallel neben den Laufplatten 141, 142, 143, 144 dargestellt. Es ist deutlich zu sehen, dass die Rohrleitung 33 aus zwei Rohren, die gegeneinander isoliert sind und einem Mantelrohr geführt werden, besteht wobei eines dieser Rohre als Vorlauf V und das zweite als Rücklauf R dienen. Bei allen Platten werden der Vorlauf und der Rücklauf stets an der gleichen Stelle in die Platte eingeführt und dort in einem System horizontal in Mäandern durch die Platte geführt. Der Vorlauf des Rohrregisters ist nur als Strich zu sehen, wenn man diesen durch die Platte verfolgt, erkennt man, dass man am Ende dieser Leitung in dem Rücklauf R landet. Die Rückläufe R sind am Ende des Bahnsteigs nochmals mit einer Rücklaufleitung 32 gekoppelt, um einen entsprechenden schnellen Abfluss des Rücklaufs zu gewährleisten. In der Mitte der Laufplatten sind Halfenschienen 145 eingelassen, die nach unten aus den Laufplatten herausragen und wie Figur 3 dargestellt als Halterung für das Rohrsystem im Hohlraum 15 dienen können. Falls erforderlich kann auch ein Platz 146 innerhalb der Platte beispielsweise für einen Beleuchtungsmasten gleich vom Werk vorgesehen werden. Dann wird nur die Rohrschleife etwas anders geführt, wie dies deutlich an der Platte 144 zu sehen ist.

Claims

Modularer Bahnsteig (1) mit über einem Hohlraum (15) verlegten rasterartigen Laufplatten (14, 141, 142, 143, 144), die als Betonfertigteile vorgefertigt sind, wobei die Betonfertigteile mit einer Bewehrung (147) etwas oberhalb der Mitte der Dicke der Laufplatte versehen sind und die Bewehrung ein Rohrsystem zur Führung eines Wärmeträgermediums im Wesentlichen überdeckt, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrsystem in den Laufplatten in horizontalen Spiralen, Schleifen oder Mäandern verlegt ist, wobei Vorlauf- und Rücklauf-Anschlusselemente (V,R) des Rohrsystems an stets derselben Stelle der Laufplatten angeordnet sind.
Bahnsteig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlusselemente für Vorlauf und Rücklauf des Rohrsystems an derselben Stelle unterhalb der Laufplatten, in den Hohlraum mündend, angeordnet sind.
Bahnsteig nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewehrung doppellagig oder im Querschnitt als Korb (148) ausgebildet ist und das Rohrsystem in der Laufplatte umschließt.
Bahnsteig nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dass die Laufplatten mit nach unten herausragenden Halfenschienen (145) als Halterungen für den Vorlauf und den Rücklauf des Rohrsystems versehen sind.
Bahnsteig nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dass die Vor- und Rücklaufleitungen (32,33) im Hohlraum in Bahnsteiglängsrichtung zu einer Pumpe und zu einer Erdsonde (30) geführt werden.
Verwendung einer Bahnsteigoberfläche als Sonnenwärmekollektor im Sommer, Ableitung der Wärme in einen unterirdischen Wärmespeicher und Rückgewinnung der Wärme im Winter zur Erwärmung der Oberfläche des Bahnsteigs unter Nutzung eines Bahnsteigs nach einem der vorhergehenden Ansprüche.