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Gebiet der
Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen temperierbaren Flugplatzverkehrsweg
mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 sowie ein Verfahren
zum Nachrüsten
eines bestehenden Flugplatzverkehrsweges mit einer Temperierung.
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Startbahnen, Taxi-ways (Zurollbahnen), Wendehammer,
aber auch Abstellflächen
auf Flugplätzen
im Flugvorfeld, die im folgenden jeweils als Flugplatzverkehrsweg
bezeichnet werden, müssen, um
einen sicheren Flugverkehr zu ermöglichen, vollständig schnee-
und eisfrei gehalten werden. Insbesondere im Bereich der Startbahn
ist dies für
die Sicherheit des Flugverkehrs von außerordentlicher Bedeutung,
weil zum einen bei schneebedeckter Landschaft die Startbahn beim
Landeanflug optisch gut erkennbar sein muß und zum anderen der sichere
Kontakt der Räder
auf der Startbahn bei den hohen Geschwindigkeiten des Start- und
Landevorganges eine erhöhte
Richtungsstabilität
gewährt.
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Darüber hinaus werden die Flugplatzverkehrswege
aber auch von sonstigen Fahrzeugen benutzt, die über ihre Räder angetrieben werden und deren
Fahrverhalten und Traktionsverhalten bei vereisten oder schneebedeckten
Flugplatzverkehrswegen deutlich verschlechtert sind.
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Aufgrund der großen Flächen, die bei einem Flugplatz
durch die Flugplatzverkehrswege bedeckt sind, ist ein hoher Aufwand
erforderlich, um diese schnee- und eisfrei zu halten.
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Trotz der hierbei eingesetzten hochtechnisierten
Vorrichtungen und Fahrzeuge kommt es immer wieder zu Situationen,
in denen der Flugverkehr behindert wird, oder aber vollständig zum
Erliegen kommt. Diese Ausfallzeiten sind für einen Betreiber mit sehr
hohen Kosten verbunden, so daß große Anstrengungen
unternommen werden, um die Flugplatzverkehrswege schnee- und eisfrei
zu halten.
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In Ländern, in denen die Vereisung
der Flugplatzverkehrswege keine Rolle spielt, stellt sich hingegen
das Problem einer zu hohen Oberflächentemperatur des Flugplatzverkehrsweges.
Diese führt
dazu, daß zum
einen der Reifenverschleiß der
Flugzeuge erhöht
wird; das Hauptproblem liegt allerdings darin, daß sich bei
einer zu hohen Oberflächentemperatur
des Flugplatzes eine sehr stark erwärmte Luftschicht über dieser
bildet, wodurch es zu Luftspiegelungen und allgemein, durch die
flimmernde Luft, zu einer verschlechterten Sicht im Bereich der
Startbahn kommt. Dies stellt insbesondere für kleinere bis mittelgroße Flugzeuge
ein Sicherheitsrisiko da, da hier der Landeanflug auf Sicht ausgeführt wird.
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Der Fachaufsatz "Beheizte Betonstraße" in Beton 10/90, Seiten 418-419, beschreibt
eine Straßentemperierung
unter Verwendung von wasserdurchströmten Heizrohren. Die Energiezufuhr
erfolgt über
die Heizungsanlage eines benachbarten Firmengebäudes und über die Abwärme einer Produktionsanlage.
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Der Zeitschriftenaufsatz "Erfahrungssammlung über die
Beheizung von Straßen
und Brücken", in der Zeitschrift "Straßen und
Tiefbau", 5/68,
Seiten 331-339, beschreibt die Verwendung von Heizkabeln und Streckmetallheizmatten
mit Stromanschlüssen zur
Beheizung von Straßen.
Darüber
hinaus werden auch Warmwasserheizsysteme unter Verwendung von Stahlrohren
als Heizkörper
oder auch Kunststoffrohren sowie die Beheizung mit Warmluft unter
Verwendung von Ventilatoren und die Beheizung durch Infrarotstrahler
diskutiert.
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Die deutsche Offenlegungsschrift
35 32 542 betrifft eine erdwärmegespeiste
Fahrbahnheizungsanlage. Wie sich aus der Beschreibung des Standes der
Technik ergibt, wurden bereits einige Patentanmeldungen bekannt,
die jeweils die Verwendung von geothermischer Energie zur Fahrbahnheizung
einsetzen. Weiterhin sind Sensoren vorgesehen, um die für den Straßenzustand
relevanten Klimafaktoren zu erfassen. Hierdurch läßt sich
beispielsweise zwischen nasser und trockener Kälte unterscheiden und es können entsprechende
Maßnahmen
eingeleitet werden.
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Die deutsche Offenlegungsschrift
38 14 453 beschreibt das Wärmen
oder Kühlen
von Fahrbahnen, insbesondere beim Start- und Landebetrieb auf Flugplätzen. Es
soll nicht nur die Befahrbarkeit im Winter gewährleistet werden, sondern auch
bei höheren
Temperaturen gekühlt
werden, um den Reifenabrieb herabzusetzen. Die Temperierung wird durch
ein Rohrleitungsnetz unter der Fahrbahnoberfläche ausgebildet und der Wärmefluß wird in
Abhängigkeit
von den Außenbedingungen
vorgenommen. Bei hohem Bedarf an Heizwärme ist die Anordnung von Blockheizkraftwerken
in Verbindung mit Wärmepumpen
besonders vorteilhaft. Zusätzlich
kann die vom Blockheizkraftwerk erzeugte, elektrische Energie die
Wärmepumpen
betreiben.
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Der Zeitschriftenaufsatz "Flughafen Zürich: Schneefreie
Standplätze
durch Freiflächenheizung" in der Zeitschrift "Sanitär- und Heizungstechnik" 11/1976, Seiten
710-713, beschreibt eine Bodenheizungsanlage für Standplätze. Auf diesen Standplätzen werden
beheizte Flächen
vorgesehen, die jeweils über
eine separate Steuerungsautomatik verfügen. Die ähnlich einer Fußbodenheizung
aufgebaute Beheizungsanlage besitzt Temperierelemente unterhalb
der Fahrbahnoberfläche
und ist an die Warmwassererzeugung des Flughafens angeschlossen. Bei
der Heizung handelt es sich um eine Warmwasserheizung mit Multibeton-Kunststoffrohren,
die unter der Stahlbetondecke eingebettet sind. Diese Druckschrift
stellt den nächstkommenden
Stand der Technik in bezug auf den Vorrichtungsanspruch dar.
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In bezug auf den Verfahrensanspruch
sind noch die deutsche Offenlegungsschrift DE 43 35 290 sowie die
deutsche Patentschrift DE 43 25 048 zu nennen, die jeweils die Anwendung
eines vollkommen verlaufsgesteuerten Bohrverfahrens beschreiben.
Mit Hilfe der Horizontal-Spülbohrtechnik
werden verlaufsgesteuerte Bohrungen vorangetrieben und jeweils aus
dem Bohrkopf ein abdichtender oder verfestigender Stoff in den umgebenden
Bodenbereich injiziert, so daß Injektionskörper erzeugt
werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Möglichkeit
vorzuschlagen, um die Temperierung eines Flugplatzes auch bei extremen
Temperaturen zu verbessern, wobei auch bestehende Flugplätze entsprechend
nachzurüsten
sein sollten.
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Diese Aufgabe wird durch einen temperierbaren
Flugplatzverkehrsweg mit dem Merkmal des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren
zur Nachrüstung
eines bestehenden Flugplatzverkehrsweges mit den Merkmalen des Anspruchs
14 gelöst.
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Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, ein
Temperierelement oder auch mehrere Temperierelemente unterhalb der
Fahrbahnoberfläche
des Flugplatzverkehrsweges anzuordnen und diese Temperierelemente
betriebsmäßig mit
einer oder mehreren Energieerzeugungseinheiten zu koppeln, wobei die
Energieerzeugungseinheiten Wärmeenergie und/oder
elektrische Energie erzeugen.
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Dies eröffnet die Möglichkeit, nicht nur die Folgen
extremer Temperaturen beseitigen zu können, sondern vermeidet bereits
das Auftreten extremer Temperaturen. Durch die Temperierung des Flugplatzverkehrsweges
kann beispielsweise die Fahrbahnoberfläche auf eine ausreichende Temperatur
erwärmt
werden, so daß sich
auf dieser kein Eis bilden kann und Schnee, der auf die Fahrbahnoberfläche fällt, sofort
abschmilzt. Hierdurch ist es möglich,
daß auch
bei widrigen Witterungsverhältnissen der
Flugbetrieb ohne Behinderung stattfinden kann. In gleicher Weise
ist es auch möglich,
mit Hilfe der Temperierelemente die Fahrbahnoberfläche des Flugplatzverkehrsweges
zu kühlen,
um die oben beschriebenen nachteiligen Folgen einer zu hohen Oberflächentemperatur
zu vermeiden.
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Der temperierbare Flugplatzverkehrsweg umfaßt weiterhin
Klima-Sensoren zur
Erfassung der Klimadaten, die mit der oder den Energieerzeugungseinheiten
durch eine Regelung gekoppelt sind. Klimasensoren können beispielsweise
die Außentemperatur,
Luftfeuchtigkeit, Windgeschwindigkeit oder aber auch Niederschlagsmenge
erfassen und in Abhängigkeit
von diesen Daten die Temperierung des Flugplatzverkehrsweges regeln,
so daß eine
jeweils innerhalb der vorgegebenen Toleranz liegende Fahrbahnoberfläche mit
einem möglichst
geringen Energieaufwand erzielt werden kann.
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Ein bestehender Flugplatzverkehrsweg
kann bequem mit einer Temperierung nachgerüstet werden, indem mindestens
eine Horizontalbohrung unterhalb der Fahrbahnoberfläche des
Flugplatzverkehrsweges ausgeführt
wird und in mindestens eine der Horizontalbohrungen eines oder mehrere
Temperierelemente eingezogen werden. Diese Temperierelemente werden
mit einer oder mehreren Energieversorgungseinheiten gekoppelt und
können
somit gezielt die Temperatur der Fahrbahnoberfläche verändern. Das Durchführen einer
Horizontalbohrung unterhalb der Fahrbahnoberfläche kann während des laufenden Flugbetriebs stattfinden,
so daß die
Umrüstungsmaßnahme keine
teuren Stillstandszeiten verursacht.
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Vorteilhafte Ausführungsformen sind durch die übrigen Ansprüche gekennzeichnet.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform
ist das oder sind die Temperierelemente Wärmeübertragungseinrichtungen, die
mit einem Wärmeübertragungsmedium
durchströmbar
sind. Durch das Durchströmen
langgestreckter Wärmeübertragungseinrichtungen
mit einem Wärmeübertragungsmedium läßt sich
mit geringem Aufwand eine relativ gleichmäßige Temperierung erzielen,
da diese nicht nur punktuell wirksam ist, sondern der Wärmetausch
mit dem umgebenden Baumaterial des Flugplatzverkehrsweges auf einer
großen
Länge und
einer großen
Fläche stattfindet.
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Vorteilhafterweise kann das oder
können
die Temperierelemente Heizschlangen sein, die Heizdrähte aufweisen.
Die Verwendung von Heizdrähten ermöglicht eine
sehr rasche Erwärmung
der Temperierelemente, was zu einer sehr geringen Ansprechzeit des
gesamten Temperiersystems führt.
Darüber hinaus
besteht die Möglichkeit,
daß Heizdrähte zusätzlich in
einer von einem Wärmeübertragungsmedium
durchströmten
Wärmeübertragungseinrichtung vorhanden
sind. Dies eröffnet
die Möglichkeit,
bei normalem Betrieb und unter normalen, winterlichen Witterungsbedingungen
die Wärmeübertragungseinrichtungen
mit einem Wärmeübertragungsmedium zu
durchströmen
und die Heizdrähte
nur dann einzusetzen, wenn die von dem Wärmeübertragungsmedium abzugebende
Wärmeenergie
nicht mehr ausreicht, um unter extremen Witterungsbedingungen, wie
z.B. starkem Frost oder starkem Schneefall den Flugplatzverkehrsweg
schnee- und eisfrei zu halten. Den Heizdrähten kommt somit eine Zusatzfunktion zu,
die es gestattet, die mit einem Wärmeübertragungsmedium durchströmbaren Wärmeübertragungseinrichtungen
nur den üblicherweise
auftretenden Witterungsbedingungen anzupassen, wodurch keine zusätzlichen
und mit erhöhten
Kosten verbundenen Sicherheiten bezüglich der Wärmeübertragungsflächen bereitgestellt
werden müssen.
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Vorteilhafterweise sind die Temperierelemente
mit einem Fernwärmenetz
gekoppelt. Die Anbindung an ein Fernwärmenetz entbindet den Flughafenbetreiber
davon, die Energieerzeugungseinheit für Wärmeenergie im Bereich des Flughafengeländes zu
errichten.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform umfassen
die Energieerzeugungseinheiten Solarkollektoren oder eine Solarspeichereinrichtung.
Im Bereich von Flugplätzen
sind in der Regel größere Flächen vorhanden,
die ungenutzt sind, wie z.B. im Bereich der Wiesenflächen, welche
die Start- und Landebahnen umgeben, aber auch auf den Dächern der Hangars,
deren Flachdächer
große
Flächen
an Solarkollektoren aufnehmen können.
Diese Solarkollektoren können
insbesondere im Zusammenwirken mit einer Kühlung, d.h. zum Betrieb einer
Kälteanlage
direkt eingesetzt werden. Eine Solarspeichereinrichtung bietet sich
hingegen in denjenigen Fällen
an, in denen tagsüber
Energie erzeugt werden soll, die nachts bzw. in den frühen Abend-
und Morgenstunden zur Erwärmung
eines Flugplatzverkehrsweges wieder eingesetzt werden soll.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
sind die Solarkollektoren überrollbar
und in der Fahrbahnoberfläche
des Flugplatzverkehrsweges eingelassen. Wie auch die zur Befeuerung
eines Flugplatzverkehrsweges eingesetzten überrollbaren Lampen (Unterflurlampen),
können
auch Solarkollektoren eingesetzt werden, die auch von schweren Fahrzeugen,
sogar Flugzeugen überrollt
werden können.
Der Einsatz der in der Fahrbahnoberfläche des Flugplatzverkehrsweges
eingelassenen Solarkollektoren bietet sich insbesondere im Bereich
der Abstellplätze
und Taxi-ways an, da im Bereich der Startbahn darauf geachtet werden
sollte, daß die
Fahrbahnoberfläche
nicht in störender
Weise reflektierend wirkt und zudem die Oberflächenbelastungen im Bereich der
Aufsetzpunkte der Flugzeuge sehr hoch sind.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
können
die Energieerzeugungseinheiten eine Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer
Energie aus Windbewegung umfassen. Solche Windanlagen besitzen den
Vorteil, daß sie
gerade zu Zeiten sehr ungünstiger
klimatischer Verhältnisse
viel Energie liefern können.
Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn ein starker Schneesturm
und sehr geringe Temperaturen eine hohe Heizleistungen der Temperierelemente
nötig machen,
Solarkollektoren aber nur eine geringe elektrische Leistung erzeugen
können. Daher
kann die Nutzung der Windenergie eine sinnvolle Ergänzung anderer
bestehender Energieerzeugungseinheiten darstellen.
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Vorzugsweise umfaßt die Energieerzeugungseinrichtung
mindestens eine Vertikalbohrung, in der ein durch geothermische
Energie erwärmbares Wärmeübertragungsmedium
umgepumpt, oder aus der natürliches
Thermalwasser gewonnen wird. Wenn einmal eine entsprechende Einrichtung
zur Gewinnung geothermischer Energie installiert ist, stellt diese
Energiequelle eine sehr kostengünstige Alternative
zur Temperierung der Flugplatzverkehrswege dar. Vorzugsweise befindet
sich in der mindestens einen Vertikalbohrung ein rohr- oder schlauchförmiger Wärmetauscher.
Ein schlauchförmiger
Wärmetauscher
läßt sich
sehr leicht in die Tiefenbohrung einbringen, so daß auf eine
sehr einfache und kostengünstige
Weise die an ein Wärmeübertragungsmedium
abgegebene geothermische Energie an die Erdoberfläche gepumpt
und nutzbar gemacht werden kann.
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Wenn die gewünschte Temperierung eines Flugplatzverkehrsweges
auch die Kühlung
der Fahrbahnoberfläche
umfaßt,
so ist vorzugsweise zwischen der Energieerzeugungseinheit und den
Temperierelementen eine Kältemaschine
zwischengeschaltet.
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Diese Kältemaschine kann sich jedes
in der Technik bekannten, geeigneten Kälteprozesses bedienen und besitzt
lediglich die Aufgabe, die von den Temperierlementen unterhalb der
Fahrbahnoberfläche
aufgenommene Wärme
abzuführen.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
umfaßt
der temperierbare Flugplatzverkehrsweg weiterhin Sensoren unterhalb
der Fahrbahnoberfläche.
Diese Sensoren können
vorteilhafterweise Temperatursensoren zur Erfassung der Bodentemperatur,
oder aber Belastungssensoren umfassen, welche die Belastung der
Temperierelemente oder der in der Fahrbahnoberfläche des Flugplatzverkehrsweges
eingelassenen Solarkollektoren erfassen. Insbesondere bei einem
langgestreckten Temperierelement in Form einer Heizschlange nimmt die
Temperatur des Wärmeübertragungsmediums (im
Falle der Heizung des Flugplatzverkehrsweges) mit der Länge des
Temperierelementes in Durchströmungsrichtung
ab. Dies führt
zu lokal unterschiedlichen Wärmeübertragungsraten
im Flugplatzverkehrsweg, die rechnerisch nur schwierig zu erfassen sind.
Daher bietet sich das Anordnen von Temperatursensoren unterhalb
der Fahrbahnoberfläche
an, um die Temperatur der Fahrbahnoberfläche an ausgewählten Punkten
zu erfassen und einer zentralen Regelungseinheit zuführen zu
können.
In Abhängigkeit
von der gemessenen Temperatur der Fahrbahnoberfläche kann die Heizleistung bzw.
Kühlleistung
der Temperierelemente gesteuert werden.
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Das Vorsehen von Belastungssensoren
stellt eine weitere Alternative dar, über die sich wertvolle Hinweise
zur Lebensdauer der Temperierelemente oder der in der Fahrbahnoberfläche des
Flugplatzverkehrsweges eingelassenen Solarkollektoren gewinnen lassen.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Nachrüsten eines
bestehenden Flugplatzverkehrsweges wird die mindestens eine Horizontalbohrung
mit einer vollkommen verlaufsgesteuerten Bohrvorrichtung von der
Oberfläche
aus durchgeführt
und die mindestens eine Horizontalbohrung schlangenlinienförmig ausgeführt. Dies
besitzt den Vorteil, daß mit
einer einzigen Bohrung die gerade verlaufende Startbahn mit einem
schlangenlinienförmig
unter der Fahrbahnoberfläche
verlegten Temperierelement versehen und den Fahrtrichtungsverläufen der
Taxi-ways mit einer vollkommen verlaufsgesteuerten Bohrvorrichtung
gefolgt werden kann.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
wird eine Inspektionsleitung mit Sensoren in mindestens eine der
Horizontalbohrungen eingezogen. Dies stellt eine einfache und daher
kostengünstige
Alternative zu dem einzelnen Einbringen von Sensoren unter der Fahrbahnoberfläche dar.
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Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen
beschrieben, in denen:
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1 eine
schematische Draufsicht auf den Unterbau eines Flugplatzverkehrsweges
mit einem schlauchförmigen
Temperaturelement ist;
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2 vertikaler
Schnitt durch ein Flugplatzgelände
mit einer Einrichtung zur Nutzbarmachung geothermischer Energie
darstellt;
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3 eine
Draufsicht auf einen Sonnenkollektor darstellt, der in einem Flugplatzverkehrsweg eingelassen
ist;
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4 eine
Draufsicht auf einen Ausschnitt eines Flugplatzverkehrsweges darstellt,
in dem sich zusätzliche
Heiz- und Sensoreinrichtungen befinden; und
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5 eine
Startbahn im Querprofil zeigt, die Austrittsöffnungen für eine Flüssigkeit aufweist.
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Wege zur Ausführung der
Erfindung
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Die nachfolgenden Ausführungsformen
der Erfindung, die anhand der 1–4 beschrieben werden, zeigen
jeweils Merkmale, die in gleicher Weise bei den anderen dargestellten
Ausführungsformen verwirklicht
sein können.
Die im folgenden beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen stellen somit keine
voneinander abgegrenzten Alternativen dar, sondern können in
beliebiger Weise miteinander kombiniert werden. Dies betrifft sowohl
die Ausführung
der Temperierelemente wie auch die Energieerzeugungseinheiten, aber
auch die aufgezeigten Steuerungs- und Regelungsmöglichkeiten der Temperierung
eines Flugplatzverkehrsweges. Wenn auch der Begriff "Flugplatzverkehrsweg" sämtliche überrollbare
Flächen
wie Startbahnen, taxi-ways (Zurollbahnen), Abstellflächen und
Wändehammer
umfaßt,
so kann die Temperierung selbstverständlich nur für einzelne
dieser Verkehrswege oder aber auch nur in speziellen Bereichen derselben
vorgesehen sein.
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1 zeigt
eine schematische Draufsicht auf den Unterbau eines Flugplatzverkehrsweges
mit einem schlauchförmigen Temperierelement.
Das Temperierelement befindet sich in einem geringen Abstand unterhalb
der Fahroberfläche
des Flugplatzverkehrsweges, so das der dargestellte Horizontalschnitt
durch den Flugplatzverkehrsweg geringfügig unter der Fahrbahnoberfläche verläuft.
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Der Flugplatzverkehrsweg 10 ist
im dargestellten Bereich von Temperierelementen 12a, 12b durchzogen,
die jeweils eine langgestreckte, schlauch- oder rohrförmige Form
aufweisen. Vorzugsweise handelt es sich bei den Temperierelementen
im dargestellten Ausführungsbeispiel
um flexible Schläuche,
die von einem Wärmeübertragungsmedium
durchströmbar
sind. Im vorliegenden Fall werden die Temperierelemente 12a, 12b über eine
Zulaufleitung 14 gespeist und stehen jeweils an ihrem stromabwärts gelegenen
Ende in Strömungsverbindung mit
einer Ablaufleitung 16. Wie im dargestellten Beispiel kann
eine einzelne Zulaufleitung mehrere Temperierelemente 12a, 12b mit
Wärmeübertragungsmedium
versorgen. Die Zulaufleitung 14 wie auch Ablaufleitung 16 verlaufen
im wesentlichen parallel und seitlich zum Flugplatzverkehrsweg 10 und
sind vorzugsweise mit einer Isolierung versehen, um einen außerhalb
des Flugplatzverkehrsweges stattfindenden Wärmeaustausch mit dem umgebenden
Erdreich zu verhindern bzw. deutlich zu verringern. Im vorliegenden
Beispiel ist die Zulaufleitung 14 mit Verzweigungen 18a, 18b versehen,
durch die ein Teil des in der Zulaufleitung 14 geförderten
Wärmeübertragungsmediums
in die Temperierelemente 12a, 12b abgezweigt wird.
In gleicher Weise sind Einmündungselemente 20a, 20b vorgesehen,
welche das Wärmeübertragungsmedium
nach dem Durchströmen
der Temperierelemente 12a, 12b der Abfuhrleitung 16 zuführen. Sowohl
die Zufuhrleitung wie auch die Abfuhrleitung sind im weiteren Verlauf
des nur abschnittsweise dargestellten Flugplatzverkehrsweges mit
weiteren, nicht dargestellten Temperierelementen verbunden, wie
durch die unterbrochenen Linien angedeutet ist.
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Damit eine Zwangszirkulation des
Wärmeübertragungsmediums
in den Temperierelementen 12a, 12b stattfindet,
ist in der Zulaufleitung oder aber auch Abfuhrleitung eine Pumpe 22 angeordnet.
Wie in 1 schematisch
dargestellt ist, wird das Wärmeübertragungsmedium,
das vorzugsweise eine Flüssigkeit
mit hoher Wärmekapazität ist, welche
bei den vorliegenden Betriebsbedingungen nicht gefriert, aber auch
nicht siedet, in einen geschlossenen Kreislauf geführt und
durchläuft
einen Wärmeaustauscher 24,
in dem es in wärmeübertragenden
Kontakt tritt zu einem anderen Wärmeübertragungsmedium,
wie es anhand der 2 später erläutert wird.
Alternativ kann anstelle des Wärmetauschers 24 auch
ein Erhitzer innerhalb des Kreislaufs des Wärmeübertragungsmediums vorgesehen
sein, der dieses auf eine gewünschte
Temperatur erhitzt. Hierbei kann eine Öl- oder Gasbefeuerung, aber
auch eine elektrische Beheizung zur Anwendung gelangen. Alternativ
kann anstelle des Wärmetauschers 24 oder
aber diesem vorgeschaltet, auch eine Kältemaschine (nicht dargestellt)
angeordnet sein, die das durch die Abfuhrleitung 16 zurückgeführte Wärmeübertragungsmedium kühlt, wodurch
es zu einer Kühlung
des Flugplatzverkehrsweges durch die Temperierelemente 12a, 12b kommt.
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Die Temperierelemente 12a, 12b sind
in 1 beispielhaft so
dargestellt, daß sie
in jeweils vier Durchgängen
quer zur Längserstreckung
des Flugplatzverkehrsweges 10 verlaufen und die vier Durchgänge nacheinander
schlaufenförmig
so miteinander verbunden, daß sich
bei der Durchströmung
eines einzelnen Temperierlementes eine sehr große Wärmeübertragungsfläche bildet.
Das nachträgliche
Einziehen der Temperierelemente in einen bereits bestehenden Flugplatzverkehrsweg
wird später
eingehend erläutert
werden.
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Wie aus 1 zusätzlich
deutlich wird, sind die in Pfeilrichtung A durchströmten Temperierelemente 12a, 12b so
verlegt, daß die
Abstände
zwischen den einzelnen Durchgängen
(a1, a2) und a3 jeweils abnehmen. Diese Maßnahme bietet sich an, da mit
wachsender Durchströmungslänge der
Temperierelemente in Pfeilrichtung A die Temperatur (im Falle des
Beheizens des Flugplatzverkehrsweges) im Temperierelement abfällt und
daher der für
den Wärmeübergang
maßgebliche
treibende Temperaturgradient geringer wird. Dies wird dadurch kompensiert,
daß mit
wachsender Lauflänge
der Abstand zwischen den einzelnen Durchgängen in Querrichtung zum Flugplatzverkehrsweg
verringert wird, um zu einem möglichst
gleichmäßigen Wärmeeintrag
in den zu temperierenden Flugplatzverkehrsweg zu gelangen.
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2 zeigt
einen vertikal verlaufenden Schnitt durch ein Flugplatzgelände. Um
die Größenverhältnisse
zumindest schematisch wiedergeben zu können, wurde auf der Erdoberfläche 26 ein
Flugplatzgebäude
mit Tower 28 schematisch dargestellt. Auch der Flugplatzverkehrsweg 10 sowie
die Zulaufleitung 14 und Abfuhrleitung 16 zum
Betrieb der Temperierelemente sind schematisch angedeutet.
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Von einem Pumpenhaus 30 aus
verlaufen Tiefenbohrungen 32 und 34 in das Erdreich
unter dem Flughafengelände.
Diese Tiefenbohrungen können
beispielsweise eine Tiefe von 300-400 m unterhalb der Erdoberfläche 26 erreichen.
Während
die Tiefenbohrung 32 als eine reine Vertikalbohrung ausgeführt ist,
verläuft
die Tiefenbohrung 34 in einem geringen Winkel zur Senkrechten
zunächst
bis in die erforderliche Tiefe und biegt daraufhin in einen im wesentlichen
horizontal verlaufenden Abschnitt 34a ab, der sich in der
gewünschten
Tiefe aufhält.
Anschließend
wird die Tiefenbohrung 34 wieder zur Erdoberfläche zurückgeführt, wo
sie ebenfalls in einem Pumpenhaus 36 endet.
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Während
oder nach dem Erstellen der Tiefenbohrung wird jeweils in die Bohrung
eine schlauchförmige
Wärmetauscherleitung 35 eingezogen.
Diese schlauchförmige
Wärmetauscherleitung 35 kann
als einfache Rohrleitung im Falle der Tiefenbohrung 34,
die wieder auf der Erdoberfläche
endet, ausgelegt sein, so daß das durch
geothermale Energie zu erwärmende
Wärmeübertragungsmedium
die Rohrleitung nur einmal durchströmt und beispielsweise am Pumpenhaus 30 wieder
zur Erdoberfläche
zurückgefördert wird.
Im Falle der Tiefenbohrung 32 kommt bevorzugt eine Doppelleitung
zum Einsatz, bei der durch einen äußeren Ringraum das zu erwärmende Wärmeübertragungsmedium
in die Bohrung eingeführt
und anschließend
im innenliegenden Kernquerschnitt der Doppelleitung wieder zurückgefördert wird.
Selbstverständlich
sind in gleicher Weise sämtliche
hierfür
im Handel erhältlichen
oder den Fachmann als technisch sinnvoll erscheinenden Wärmeübertragungsleitungen
in gleicher Weise einsetzbar. Das durch geothermale Energie erhitzte Wärmeübertragungsmedium
kann direkt zur Erwärmung
des Flugplatzverkehrsweges eingesetzt werden, indem das erwärmte Wärmeübertragungsmedium
die Temperierelemente durchströmt,
es kann jedoch auch ein Wärmetauscher
zwischengeschaltet sein, um den Kreislauf des Wärmeübertragungsmediums zur Erhitzung
durch geothermale Energie und das Wärmeübertragungsmedium zur Temperierung des
Flugplatzverkehrsweges voneinander zu trennen.
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Alternativ kann aus der Tiefenbohrung
direkt natürliches
Thermalwasser gewonnen werden. In seltenen Fällen bedarf es nicht einmal
einer Tiefenbohrung, wenn im Bereich des Flugplatzes Oberflächenthermalwasser
gewonnen werden kann.
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In 2 sind
weitere Alternativen dargestellt, die der Erzeugung von Energie
dienen können. Sowohl
die dargestellten Windräder 38,
wie auch Sonnenkollektoren 40 können zur Energieerzeugung eingesetzt
werden. Sinnvollerweise werden diese Maßnahmen ergänzend zu einer bereits bestehenden
Energieerzeugungsquelle eingesetzt. Der Einsatz von Stromerzeugungseinrichtungen
aus Windenergie erscheint immer dann eine sinnvolle Alternative
zu sein, wenn auf dem Flugplatzgelände große freie Flächen vorhanden sind, und die
durchschnittlichen Windgeschwindigkeiten zu den Zeitpunkten, zu denen
eine Temperierung der Flugplatzverkehrswege nötig ist, eine ausreichende
Energieversorgung zulassen. Die Windräder können selbstverständlich auch
außerhalb
derjenigen Zeiten betrieben werden, zu denen eine Temperierung des
Flugplatzverkehrsweges nötig
ist und einen Betrag zur Deckung des gesamten Energiebedarfs des
Flugplatzes leisten.
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Die ebenfalls in 2 dargestellten Sonnenkollektoren 40 können an
beliebigen Stellen auf dem Flugplatzgelände postiert werden und somit
die üblicherweise
vorhandenen großen
freien Flächen
auf einem Flugplatzgelände
in sinnvoller Weise nutzen. Ebenfalls denkbar ist es, daß Sonnenkollektoren
auf den Dächern
des Flugpatzgebäudes
oder eines Hangars installiert werden, wodurch sich insbesondere
in Ländern,
in denen eine Kühlung
des Flugplatzverkehrsweges sinnvoll ist, zu Zeiten der größten Sonneneinstrahlung
auch eine maximale Kühlwirkung
erzielen läßt.
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Wenn den Solarkollektoren eine Speichereinrichtung
nachgeschaltet ist, kann aber auch die tagsüber gewonnene Energie dahingehend
unterstützend
eingesetzt werden, daß die
geringeren Nachttemperaturen durch eine verstärkte Beheizung des Flugplatzverkehrsweges
ausgeglichen werden.
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Eine weitere Alternative der Anbringung
eines Solarkollektors ist in 3 dargestellt,
die einen schematischen Ausschnitt aus einem Flugplatzverkehrsweg 10 mit
einem darin eingelassenen Solarkollektor zeigt. Der Solarkollektor 40 ist
durch das Erstellen einer entsprechenden Ausfräsung in der Fahrbahnoberfläche direkt
und bündig
mit der Fahrbahnoberfläche
in den Flugplatzverkehrsweg eingesetzt und muß von einer ausreichenden Stabilität sein,
damit er auch von Flugzeugen überrollt
werden kann. Der Solarkollektor 40 kann entweder mit einer
elektrisch leitenden Verbindung mit einer Speichereinheit verbunden
sein, die den erzeugten elektrischen Strom speichert, kann aber
auch wie in dem 3 dargestellten
Beispiel direkt mit einem Temperierelement 12 verbunden
sein, daß von
einem Wärmeübertragungsmedium durchströmt wird,
wobei ein geringer Teil der erzeugten Energie für die Förderung des Wärmeübertragungsmediums
bereitgestellt wird.
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4 zeigt
eine Draufsicht auf einen Flugplatzverkehrsweg entsprechend der
Darstellung in 1. Zusätzlich ist
das Temperierelement 12 mit einem Heizdraht 42 durchzogen,
der mit einer Regelungseinheit 44 verbunden ist. Die Regelungseinheit 44 kann
hierbei in unmittelbarer Nähe
zum Wärmetauscher 24 angeordnet
werden. Die Regelungseinheit 44 ist mit Klimasensoren 46 versehen,
welche die für
den Betrieb der Temperiereinrichtung notwendigen Klimadaten liefern.
Durch die Verarbeitung der von den Klimasensoren 46 gelieferten
Daten kann durch die Regelungseinheit sowohl die Pumpe 22 in der
Zufuhrleitung 14 wie auch die Heizleistung des Heizdrahtes 42 geregelt
werden. Alternativ oder auch ergänzend
kann die Regelungseinheit 44 auch mit Sensoren 48 bzw. 50 in
Verbindung stehen, die sich unterhalb der Fahrbahnoberfläche des
Flugplatzverkehrsweges 10 befinden. Die Sensoren 48 und 50 sind
vorzugsweise zu einem einzelnen Meßstrang verbunden und werden
ebenfalls in eine Bohrung unterhalb der Fahrbahnoberfläche eingezogen.
Beispielsweise können
die Sensoren 48 als Temperaturmeßsensoren ausgebildet sein
und die Regelungseinheit 44 mit den Temperaturen nahe der
Fahrbahnoberfläche
versorgen, wodurch eine direkte Regelung der gewünschten Fahrbahnoberflächentemperatur
ermöglicht
wird. Zusätzliche
Sensoren 50 können
beispielsweise die Belastungen knapp unterhalb der Fahrbahnoberfläche messen
und somit Beschädigungen
des Flugplatzverkehrsweges frühzeitig
erkennen helfen.
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5 zeigt
schließlich
eine weitere denkbare Alternative zur Temperierung und gleichzeitigen Enteisung
eines Flugplatzverkehrsweges, die insbesondere für Start- und Landebahnen zur
Anwendung gelangen kann. Der quer zur Längserstreckung der Startbahn
dargestellte Schnitt zeigt die Fahrbahnoberfläche 51, die, in 5 überhöht dargestellt, jeweils ein
geringes Gefälle
nach außen
hin, d.h. in der Darstellung in 5 zu
dem links und rechts angeordneten Fahrbahnrand hin besitzt. Dieses
Gefälle dient
dazu, bei starken Regenfällen
eine Pfützenbildung
auf der Fahrbahnoberfläche
zu vermeiden und das Wasser möglichst
rasch in die umgebenden Bereiche 52 der Startbahn zu leiten.
Dieses Gefälle kann
man sich dadurch zunutze machen, daß unter der Startbahn in regelmäßigen Abständen Temperierleitungen 54 gebohrt
werden, die quer zur Längserstreckung
der Startbahn verlaufen. Von jeweils einer Temperierleitung zweigen
eine Vielzahl von Abzweigleitungen 56 ab, die sich jeweils
durch die Startbahn hindurch erstrecken und auf der Fahrbahnoberfläche in kleinen Öffnungen
enden. Durch diese Öffnungen
kann zu Zeiten einer sehr geringen Außentemperatur und somit Oberflächentemperatur
der Startbahn 10 eine erhitzte Flüssigkeit austreten, die jeweils
in Pfeilrichtung B von der Fahrbahnoberfläche 51 abströmt und diese
erwärmt.
Alternativ kann durch die Abzweigleitungen aber auch eine Flüssigkeit
austreten, welche den Gefrierpunkt von Fahrbahnnässe auf der Fahrbahnoberfläche reduziert,
wodurch sich eine bereits vereiste Startbahn auftauen, oder aber ein
Vereisen verhindern läßt. Sowohl
im Falle des Austritts einer Flüssigkeit
zum Reduzieren des Taupunktes wie auch einer erhitzten Flüssigkeit
zum Erwärmen
der Oberfläche
steht die Temperierleitung 54 in Verbindung mit der Regeleinheit 44,
so daß auf diese
zusätzliche
Maßnahme
gezielt in Abhängigkeit von
den Klimadaten zurückgegriffen
werden kann.
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Wenn sowohl Klimasensoren wie auch
Temperatursensoren im Bereich des Flugplatzverkehrsweges mit einer
Regelungseinheit verbunden sind, und die verschiedenen oben diskutierten
Maßnahmen
zur kostengünstigen
Energieversorgung genutzt werden, läßt sich ein komplexes System
zur Temperierung von Flugplatzverkehrswegen schaffen, das mit einem
hohen Maß an
Sicherheit, klimabedingte Unterbrechungen des Flugbetriebes vermeiden
hilft.
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Das Nachrüsten eines bereits bestehenden Flugplatzes
mit einem geeigneten Temperierungssystem erfolgt unter Anwendung
eines vollkommen verlaufsgesteuerten Bohrverfahrens. Unter Anwendung
der Horizontalspülbohrtechnik
wird ein verlaufsgesteuerter Bohrkopf knapp unterhalb der Fahrbahnoberfläche entlang
des gewünschten
Verlaufs der Temperierelemente vorangetrieben und in die entstehende
Bohrung ein Temperierlement oder aber ein mit Sensoren bestückter Meßstrang
eingezogen. Eine sehr große
Länge der
hierbei aufgefahrenen Bohrungen empfiehlt sich nur dann, wenn elektrische Heizdrähte in den
Temperierelementen zur Anwendung gelangen. Im Falle des Durchströmens mit
einem Wärmeübertragungsmedium
hingegen sollte die Länge
einer Bohrung nicht mehr als etwa 100 Meter betragen, da bei größeren Durchströmungslängen mit
einem Wärmeübertragungsmedium
die Gefahr besteht, daß im
stromabwärts
gelegenen Bereich des Temperierelementes keine ausreichende Wärmemenge
mehr übertragen
werden kann.
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Die individuellen Bohrungen für den Einzug von
Temperierelementen oder auch eines Sensorenmeßstranges werden in geeigneter
Weise mit Sammelleitungen verbunden, um die oben beschriebene gezielte
Durchströmung
der Temperierelemente oder aber Anbindung des Meßstranges an eine Regelungseinheit
zu gestatten.
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Wenn geothermale Energie nutzbar
gemacht werden soll, wird auch die hierfür notwendige Tiefenbohrung
vorzugsweise mittels einer vollkommen verlaufsgesteuerten Bohrtechnik
ausgeführt,
da sich hierbei ein im wesentlichen horizontaler Abschnitt in der
gewünschten
Tiefe herstellen läßt und eine
gute Erwärmung
des Wärmeübertragungsmediums
möglich
ist. Ein weiterer Vorteil des Erstellens der Tiefenbohrung mit Hilfe
eines vollkommen verlaufsgesteuerten Bohrverfahrens liegt darin,
daß eine
Bohrung verwendet werden kann, die wieder auf der Erdoberfläche endet,
wodurch es möglich
wird, das Wärmeübertragungsmedium
nur in einer Durchströmungsrichtung durch
die Bohrung zu pumpen, wodurch eine deutlichkostengünstigere
Leitung zur Anwendung gelangen kann.