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Bauwerk mit einer Betonplatte und Betonplatte
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Die Erfindung betrifft ein Bauwerk mit wenigsten. einer, im wesentlichen
horizontal der Sonneneinstrahlung zugänglich im Freien liegenden, lastaufnehmenden
Betonplatte. Insbesondere betrifft die Erfindung sogenannte Sperrbetondächer, die
aus einer sonolithischen Betonplatte bestehen, und Strassenbelag- oder Brüokenplatten.
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Die aufgenomm@ne Last besteht beim Sperrbetondach aus dem Eigengewicht
und der Schnee- oder Nutzlast.
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Bei BetonstraOenplatten kommt die Belastung in erster Linie von den
darüber rollenden und darauf stehenden Fahrzeugen her. Das Gleiche gilt für Brückenplatten.
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Straßenplatt@n t.B. haben in der Regel eine Dicke von wenlgsteins
20 cm, während Sperrbetondächer normalerweise eine Dicke von wenigstens 18 cm aufweisen.
Derartige Platten können in der Regel noch relativ große Abmessungen haben.
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So dürfen beispielsweise Sperrbetondächer monolithisch mehrere hundert
Quadratmeter umfassen.
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Auch Straßenbelagplatten könnten recht groß sein, werden aber aus
thermischen Gründen - wegen der damit verbundenen Längenänderungen - relativ klein
gehalten.
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Bei allen derartigen dem Sonnenlicht ausgesetzten Beton
platten,
wie z.B. Sperrbetondächern, Straßenbelagplatten, Tiefgaragenabdeckungen, Brückenplatten
und was dergleichen mehr ist, sind die Temperaturschwankungen unter dem Einfluß
der Sonneneinstrahlung (weniger unter dem Einfluß der Jahreszeiten) und die damit
verbundene Maßänderung der Platten von erheblicher Bedeutung. So müssen beispielsweise
Sperrbetondächer mit mehr als ca. 7 m Länge beweglich aufgelagert werden, so daß
sie sich frei ausdehnen und zusammenziehen können. Auch bei Straßenbelagplatten
aus Beton liegt hierin ein erhebliches Problem, da die Platten die Tendenz haben,
sich unter dem Einfluß der Sonneneinstrahlung konvex und bei der folgenden Abkühlung
konkav zu verformen. Um hier Abhilfe zu schaffen, genügt es nicht, die Platten zu
verkleinern, da dies neue Probleme bringt. Es muß vielmehr für eine maßgebliche
Reduzierung der Temperaturunterschiede gesorgt werden.
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Auf der anderen Seite besteht praktisch stets und überall das Problem
der Primärenergiegewinnung, für die der Aufwand ständig steigt.
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Die Erfindung löst insbesonder die Aufgaben einerseits die durch die
Sonneneinstrahlung unerwünchte Ausdehnung von lastaufnehmenden Betonplatten zu verhindern
oder wenigstens auf ein vernachlässigbares Maß zu verringern und gewünschtenfalls
hierbei Energie durch Lbfthrung der anderenralls die Wärmeausdehnung bewirkenden
Wärme aus den genannten Betonplatten zu gewinnen.
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Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß parallel zur freien
Oberfläche der Platte in dieser ein Rohrschlangensystem für das Durchleiten einer
die durch die Sonneneinstrahlung in der Platte erzeugte Wärme abführenden Flüssigkeit
verläuft.
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Auf diese Weise kann die Höchsttemperatur der Betonplatte so niedrig
gehalten werden, daß eine störende Wärmedehnung verhindert wird. Die mittels der
wärmeabführenden Fldssigkeit - hier wird vorzugsweise Wasser eingesetzt - abgefUhrte
Wärme kann anderweitig ausgenutzt werden.
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Wenn die Wärme ausgenutzt wird, wie dies vorzugsweise der Fall ist,
kann man der freien Oberfläche der Platte mit Vorteil eine Wärmestrahlung stark
absorbierende Einfärbung geben. So kann die Oberfläche beispielsweise mit Bitumen
oder Teer gestrichen werden. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, die freie Oberschicht
der Betonplitte mittels eines Farbstoffes dunkel zu färben.
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Um die Betonplatte in bezug auf die WSrmeenergiegewinnung zu optimieren,
kann sie an ihrer nicht im Freien liegenden Oberfläche mt einer Wärmeisolierschicht
versehen werden, wie dies beispielsweise bei Sperrbetondächern aus anderen Gründen
bereits üblich ist. Auch bei Straßenbelagplatten oder anderen Bodenbelagplatten
läßt sich bereits mittels einer relativ dünnen Wärmeisolierschicht, wie z.B. eine
Schicht aus bitumengetränkter Pappe, eine doch ins Gewicht
fallende
bessere Wärmegewinnung erreichen.
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Je nach den Gegebenheiten und der Dicke der Betonplatte sollte das
Rohrschlangensystem nah unter der freien Oberfläche verlaufen. In der Regel sollte
jedoch oberhalb der Rohrschlangen eine Betonschicht bleiben, deren Dicke etwa 5
cm nicht unterschreitet. Das Rohrschlangensystem wird sweckmässig mit einer Natte
aus Baustahlgewebe verbunden uad damit gleichmässig fixiert.
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Will man auf die Möglichkeit der Wärmegewinnung bei der Erfindung
verzichten, so genügt es, wenn man die W&rmetr&-gerflüssigkeit in der Umgebung
abkühlen läßt, also beispielsweise bei Straßen, die an einem Fluß entlangfühuen,
die durch das Rohrschlangensystem zirkulierende Flüssigkeit im Fluß kühlt oder dem
Fluß einfach entnimmt. In der Regel wird man jedoch alles tun, um die entstehende
Wärme ru verwerten.
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Gomäß einer bevorzugten Möglichkeit, die sich insbesondere tUr Dächer
aus Betonplatten eignet, ist das Rohrichlangensyst@m an ein Reservoir angeschlossen,
aus dem auch eine Wärmepumpe schöpfen kann. So kann z.B. ein das Rohrschlangensystem
enthaltender Kreislauf im Wärmeaustausch mit einem Glaubersalz oder wäßrige Glaubersalzlösung
enthaltenden derartigen Reservoir stehen. Auch kann beispielsweise durch
die
Rohrschlangen zirkulierendes Wasser an einer geeigneten Stelle im Wärmeaustausch
mit dem Verdampfer einer Wärmepumpe stehen.
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Insbesondere bei Gebäuden kann es vorteilhaft sein, wenn das Rohrschlangensystem
selbst als Verdampfer unmittelbar im Wärmeträgerkreislauf einer Wärmepumpe liegt.
Hierbei kann die Konstruktion so getroffen sein, daß die Verdampfung der Wärmeträgerflüssigkeit
der Wärmepumpe verzögert wird, indem beispielsweise der Leitungsdurchmesser nicht
an einer Drosselstelle auf das Maximum erhöht wird, sondern an mehreren Drosselstellen
hintereinander nur eine Teilentspannung des Wärmeträgers zugelassen wird. Im letztgenannten
Falle muß das Rohrschlangensystem natürlich aus einem Werkstoff bestehen, der durch
die Wärmeträgerflüssigkeit der Wärmepumpe nicht angegriffen wird. Ferner muß in
einem solchen Falle die Rohrschlangenanordnung vollständig dicht sein.
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Letzteres ist nicht in allen Fällen nötig. Das gilt insbesondere für
den Fall, daß die Platte aus Sperrbeton besteht, also einem Beton, der monolithisch
aus einem Stuck besteht und praktisch wasserdicht ist. Wird dann als wärmeabführende
Flüssigkeit Wasser eingesetzt, so genügt es vollständig, daß die Rohrschlangen so
leicht und dünnwandig sind, daß sie gerade die beim Gießen der Platte erforderliche
Standfestigkeit aufweisen. Selbst kleine evtl. vorhandene oder später
entstehende
Undichtigkeiten in der Rohrschlangenanordnung stören da nicht, da der Sperrbeton
selbst absolut wasserundurchlässig und dicht ist.
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So genügt es in diesem Falle, daß die Rohrschlangen beispielsweise
aus sehr leichten Kunststoffrohren oder -schläuchen gebildet werden.
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Es versteht sich, daß das Rohrschlangensystem stets beim Gießen der
Platte in der richtigen Höhe gehalten werden muß.
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Entsprechende Techniken sind jedoch aus der Fertigung mit Stahl armierter
Betonplatten allgemein bekannt und bedürfen daher hier keiner näheren Erläuterung.
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Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß bei Verwendung leichter Rohrschlangen
diese beim Gießen des Betons unter Umständen zweckmässig mit Wasser gefüllt werden,
was einerseits dem Aufschwimmen und andererseits auch einem Zusammendrücken der
Rohrschlangen durch den Beton entgegenwirkt.
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Wenn auch die Verwendung der gewonnenen Wärme in manchen F4llen, beispielsweise
bei Uberlandstraßen, nicht unerhebliche Schwierigkeiten bereiten wird, so ist jedoch
im Bereich von Städten, Siedlungen, Industrieanlagen und selbst einzelnen Häusern
immer eine leichte Nutzung von gemäß der Erfindung ausgebildeten Straßenbelagplatten
möglich.
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Verwendet man für das Rohrschlangensystem Rohre aus Stahl,
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können diese, falls eine Bewehrung erforderlich ist, zugleich als Haupt- oder Zusatzbewehrung
dienen. Je nach den Erfordernissen kann in diesem Fall die Form und der Verlauf
des Rohrschlangensystems den Bedürfnissen der Bewehrung angepaßt werden.
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In vielen Fällen wird es zweckmässig sein, daß in der Platte bzw.
jeder Platte eine einzige Rohrschlange angeordnet ist, wie dies auch im Ausführungsbeispiel
gemäß Fig. 1 und 2 gezeigt ist. Eine derartige Anordnung ist jedoch nicht unabdingbar.
So können beispielsweise mehrere Rohrschlangen parallel in der Betonplatte vorgesehen
sein. Unter Umständen kann auch die Betonplatte lediglich von einer Vielzahl von
geraden Einzelrohren durchsetzt sein, die an zwei gegen;iberliegenden Seitenrändern
der Platte aus dieser wieder austreten. Die letztgenannte Ronstruktion wird sich
allerdings nur dann empfehlen, wenn eine Mehrzahl von Platten zusammengesetzt wird.
In diesem Fall wird man dafür Sorge tragen müssen, daß einwandfreie Verbindungsmöglichkeiten
für die aneinanderstoßenden Rohrenden benachbarter Platten vorgesehen werden, bzw.
ein gehöriger Verdübelungseffekt erzielt wird.
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Es ist auch möglich, daß sich beispielsweise eine Mehrzahl von Rohrsträngen
durch mehrere nebeneinanderliegende Platten erstreckt.
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Das Rohrschlangensystem sollte möglichst gleichmässig über
einen
möglichst großen Teil der Platte verteilt sein.
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Auch lastaufnehmende Betonplatten mit entsprechenden Rohranordnungen,
welche fürdie Anbrinqung in Bauwerken, wie z.B.
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insbesondere Gebäuden oder Straßen, bestimmt sind, sind Gegenstand
der Erfindung.
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Nachfolgend ist die Erfindung in Form eines Ausführungsbeispiels anhand
der Zeichnungen erläutert.
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Fig. 1 zeigt schematisch die Draufsicht auf ein Teilstück eines Fahrbahnbelages
aus gemäß der Erfindung ausgebildeten Betonplatten; Fig. 2 zeigt den Schnitt durch
die mittlere der in Fig. 1 gezeigten Betonplatten gemäß der Linie II-II; Fig. 3
zeigt eine Möglichkeit zur Ausbildung der Rohrschlangenanordnung; Fig. 4 zeigt eine
andere Möglichkeit der Rohrschlangenausbildung.
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Die in Fig. 1 gezeigte Straßenfahrbahn besteht aus aufeinanderfolgenden,
an Ort und Stelle gegossenen Betonplatten 1, die voneinander durch Fugen getrennt
sind, welche aufgrund der Ausbildung gemäß der Erfindung nicht mehr gefüllt
zu
sein brauchen, sondern praktisch ausschließlich aus einer Trennschicht ausreichender
Steifigkeit, wie z.B.
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einer imprägnierten Pappe, bestehen. Die Platten haben bei einer Breite
von 5 m eine Länge von beispielsweise 8 m.
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Ihre Dicke betrage 25 cm. Die Platten 1 besitzen jede eine Rohrschlangenanordnung
3, deren Verlauf aus Fig. 1 ersichtlich ist. Die Rohrschlangenanordnung 3 erstreckt
sich mit ihrer Mittelebene in der Mittelebene der Betonplatten 1.
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Am in Fig. 1 rechten unteren Ende jeder Platte befinden sich die Zulauf-
und Ablaufanschlüsse 4 und 5 für die Rohrschlange jeder Platte. Im Ausführungsbeispiel
verläuft die Rohrschlange zunächst nahe dem in Fig. 1 unteren Rand parallel zu diesem
bis nahe zum gegenüberliegenden Seitenrand, wo die Rohrschlange eine Wendung um
1800 macht, um bis in die Nähe des rechten Seitenrandes der Platte zu laufen, worauf
sie sich wieder dem linken Rand zukehrt und so fort.
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Die Rohrschlange hat rechts einen etwas grösseren Abstand von der
Seitenwand, so daß der Endrohrstrang der Rohrschlange 3 parallel zur rechten Seitenwand
7 bis in die Nähe des Einlaufstutzens 4 zurückgeführt werden kann.
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Die Rohrschlange besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus Stahlrohren
mit einem Aussendurchmesser von 60 mm bei einer Wanddicke von 2 mm.
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Die Ausbildung der Rohrschlange 3 ist in Fig. 3 näher gezeigt. Die
Rohrschlange besteht jeweils aus Rohrkrümmern 8
und geraden Rohren
9, die beispielsweise in üblicher Weise miteinander verschraubt sein können. Eine
derartige Verschraubung wird man dann vorziehen, wenn der Beton nicht die Kriterien
des Sperrbetons erfüllt. Werden diese Kriterien (rißfreie, dichte, homogene Struktur)
erfüllt und eine Bewehrung nicht erforderlich oder bereits vorhanden ist, so können
bei Ausführung der Platte in Sperrbeton die Elemente 8 und 9 der Rohrschlanae aus
relativ diinnwandigem Kunststoff bestehen. Sie müssen auch nicht miteinander verschraubt
sein. So genügt es, wenn beispielsweise die die geraden Rohre aufnehmenden Enden
der Krümmer innen leicht konisch sind und die geraden Rohre fest in die Krümmer
eingeschoben werden. Soll die Rohrleitung nicht für Wasser, sondern eine andere
Flüssigkeit verwendet werden, die unter Umständen den Beton angreifen würde, so
kann in diesem Falle mit Zuhilfenahme einer geeigneten Dichtungsmasse ebenfalls
eine ausreichende Verbindung erzielt werden.
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Eine andere Form der Rohrausbildung für die Schlange ist in Fig. 4
gezeigt. Die hier gezeigte Rohrschlange 10 besteht aus abwechselnd geraden, starren
Rohrteilen 11 und Wellenrohrabschnitten 12, die mit den geraden, starren Rohrteilen
11 in einem Stück hergestellt sind. Erst an Ort und Stelle werden dann die biegsamen
Wellenrohrteile 12 in die entsprechende Krümmerform gebogen, sofern sie nicht schon
für den Transport entsprechend gebogen wurden. Die letztgenannte
Ausführung
hat den Vorteil garantiert dichter Verbindungen bei geringem Gewicht und einfacher
Verlegung. Ein gewisser Nachteil liegt jedoch in dem erhöhten Strömungswiderstand
für die Wärmeträgerflüssigkeit in den durch die Querwellung biegsamen Rohrteilen
12.
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Es versteht sich, daß beispielsweise ein Sperrbetondach im Prinzip
genauso aufgebaut werden kann wie eine der in Fig. 1 gezeigten Platten 1. Lediglich
wird man in einem solchen Falle in der Regel die Ein- und Auslaufstutzen 5 aus der
Platte nicht zur Seite, sondern nach unten herausführen.
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Der Abstand der einzelnen Rohrstränge der Rohrschlange voneinander
muß natürlich so groß sein, daß die Festigkeit der Platte nicht in unerwünschter
Weise beeinträchtigt wird. So sollte der Rohrdurchmesser 25 Prozent der Plattenhöhe
nicht überschreiten. Der Abstand zwischen nebeneinanderliegenden Rohren des Rohrstranges
sollte mindestens gleich dem doppelten Aussenrohrdurchmesser sein.