DE3143237C2

DE3143237C2 - Erdwärmegespeiste Fahrbahn-Heizungsanlage

Info

Publication number: DE3143237C2
Application number: DE3143237A
Authority: DE
Inventors: Friedrich 7053 Kernen Bährle; Hubertus Prof. Dr. 7000 Stuttgart Christ; Helmut 7302 Ostfildern Wulf; Maximilian 7306 Denkendorf Wutz
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1981-10-31
Filing date: 1981-10-31
Publication date: 1983-12-29
Also published as: DE3143237A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine erdwärmegespeiste Fahrbahn-Heizungsanlage, bei der Wärmerohre mit ihrem Kondensationsteil flächendeckend und wärmeleitend in der Fahrbahndecke verlegt sind, während sich der Verdampfungsteil vertikal in die Tiefe des Erdreiches erstreckt. Zur Deckung des Spitzenbedarfes von Wärme zu Zeiten von besonders ungünstigen Witterungsumschwüngen bzw. -perioden ist zusätzlich eine Fremdheizquelle an den unteren Wärmerohrenden der Verdampfungszonen angeordnet. Diese Fremdheizquelle kann als elektrische Widerstandsheizung ausgebildet sein, es kann aber auch dort ein Abwasserkanal entlanggeführt werden, wobei dessen Abwärme ausgenutzt wird. Zur Steuerung der elektrisch betriebenen Fremdheizquelle können verschiedene Parameter wie Außentemperatur, Luftfeuchtigkeit, Fahrbahntemperatur und Temperaturgefälle im Erdreich ausgenützt werden.

Description

a) Luftfeuchtigkeitsmesser (11),

b) Außenthermometer (12).

c) Fahrbahnthermometer(ij;,

d) oberflächennahes Wärmerohrthermometer (14),

e) etwa in 4 bis 10m Tiefe angeordnetes Wärmerohrthermometer (15).

Die Erfindung betrifft eine erdwärmegespeiste Fahrbahn-Heizungsanlage nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, wie sie beispielsweise aus der DE-OS 13 472 oder aus der US-PS 40 50 509 als bekannt hervorgeht.

Bei dieser Art von Fahrbahnbeheizungen werden zum Austausch der Erdwärme vom Innern des Erdreiches aus zur Straßenoberfläche hin Wärmerohre verwendet, die senkrecht in die Erde eingelassen und unterhalb der Fahrbahn horizontal abgebogen sind. Bei den speicherbaren Temperaturen im Erdinnern verdampft die Flüssigkeit im Wärmerohr. Der Dampf steigt nach oben auf und gibt bei der Kondensation im Bereich der Fahrbahndecke seine Wärme ab. Entlang der Rohrwandung fließt die Flüssigkeit zurück, so daß der Kreislauf sich schließt.

Dank der relativ hohe Wärmespeicherkapazität des Erdreiches können auch über längere Kälteperioden hinweg auf diese Weise Fahrbahnabschnitte beheizt werden. Aufgrund der Leistungsgrenze des Erdreiches, die vor allem durch dessen Wärmeleitvermögen bestimmt ist und durch die relativ hohe Wärmespeicherkapazität der Fahrbahndecke können die beheizten Fahrbahnabschnitt in ungünstigen Witterungslagen nicht unter allen Umständen schnee- und eisfrei gehalten werden. Insbesondere bei plötzlich einsetzendem Niederschlag nach einer Periode stärkeren Frostes besteht die Gefahr, daß der Niederschlag auf der unterkühlten Fahrbahn anfriert

Aufgabe der Erfindung ist es, die erdwärmegespeiste Fahrbahn-Heizungsantage der zugrundegelegten Art dahingehend zu ändern, daß auch während ungünstiger Witterungsumschwünge bzw. -perioden die beheizte

ίο Fahrbahn in jedem Falle schnee- und einfrei gehalten werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale im Anspruch 1 gelöst. Dank der zusätzlich vorhandenen Fremdheizquelle

is kann künstlich erzeugte Energie zu Heizzwecken in die Fahrbahn übertragen werden und so ein Spitzenbedarf gedeckt werden.

Die Fremdheizquelle kann als elektrische Widerstandsheizung ausgebildet sein; stattdessen kann aber auch Abwärme eines relativ niedrigen Temperaturniveaus nutzbringend für diese Zwecke ausgenutzt werden, indem der wärmeaufnehmende Teil der Wärmerohre mit einem Kanal, vorzugsweise einem Abwasserkanal, wärmeübertragend verbunden wird.

Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung zur Steuerung der Fremdheizquelle ist im Anspruch 5 angegeben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

jo F i g. 1 die perspektivische und schematische Darstellung der erdwärmegespeisten Fahrbahn-Heizungsanlage mit elektrischen Fremdheizquelle und

Fig.2 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einem Abwasserkanal als Fremdheizquelle.

J5 Die in den Figuren dargestellte Fahrbahn 1 besteht im wesentlichen aus einem Unterbau 2 und einer Fahrbahndecke 3. In oberflächennahen Erdschichten wird während der warmen Jahreszeit Sonnenenergie regenerativ gespeichert, die im Winter entnommen werden kann. Zur Ausnutzung der Erdwärme für das Schnee- und Eisfreihalten der Fahrbahn sind Wärmerohre 4 vorgesehen, die mit ihrem Kondensationsteil 5 horizontal in die Fahrbahndecke flächendeckend und wärmeübertragend eingelassen sind und deren Verdampfungsteil 6 sich vertikal in die Tiefe des Erdreiches 7 hinuntererstreckt.

Das im Kondensationsteüs 5 der Wärmerohre gebildete Kondensat läuft durch Kapillarwirkung im Rohrinnern in den Vendampfungsteil zurück und läuft

so dort an der Rohrwandung vertikal nach unten. Normalerweise liegen — auch im Winter — in etwa !Om Tiefe im Erdreich Temperaturen von etwa 8 bis 10⁰C vor. Die Wä;me:rohre sind mit einer solchen Flüssigkeit versehen, die auch noch bei niedrigeren Temperaturen, z. B. bei —1 bis -2⁰C noch verdampft. Bei ausreichender Erdwärme verdampft das herablaufende Kondensat bereits während des Hinunterlaufens, so daß sich an der tiefsten Stelle des Verdampfungsteiles 6 kein oder nur sehr wenig Kondensat sammelt. Ist die in

to unmittelbarer Umgebung eines Wärmerohres im Erdreich gespeicherte Wärme vorübergehend erschöpft, so wird nur sehr wenig oder gar keine Flüssigkeit verdampft und das Kondensat sammelt sich mehr oder weniger vollständig an der untersten Stelle des Verdampfungsteiles. Die Wärmeübertragung vom Erdreich zur Fahrbahn kommt dann zum Erliegen. Um in solchen Zuständen gleichwohl die Fahrbahn schnee- oder eisfrei halten zu können, ist bei dem in Fie. I

gezeigten Ausführungsbeispiel der Fahrbahnheizungsanlage an jedem Wärmerohr an der untersten Stelle eine elektrische Widerstandsheizung 8 in der Form von Heizpatronen als zusätzliche Heizqueile angeordnet Aufgrund elektrischer Energiezufuhr wird das dort gesammelte Kondensat verdampft und die Heizenergie an die Fahrbahn übertragen.

Die Heizpatronen werden aus einem elektrischen Netz 10 über era Steuergerät 9 bedarfsweise gespeist Dem Steuergerät sind mehrere Sensoren zugeordnet, deren Signalausgänge auf das Steuergerät geschaltet sind. So ist z. B. ein Feuchtigkeitsmesser 11_ zur Ermittlung der Luftfeuchtigkeit vorgesehen; bei Überschreitung eines Extremwertes der Luftfeuchtigkeit kann mit Niederschlägen gerechnet werden. Die Außentemperatur wird mit dem Außenthermometer 12 ermittelt; die Fremdheizquelle kann eingeschaltet werden, wenn die Außenlufttemperatur in Gefrierpunktnähe oder niedriger liegt. Die Fahrbahntemperatur wird durch ein Fahrbahnthermometer 13 erfaßt; auch ein Absinken der Fahrbahniemperatur unter gefrierpunktnahe Temperaturen kann eine "remdlieizung erforderlich machen. Sinkt die Temperatur weit unter den Gefrierpunkt, z. B. auf Werte unter —6°C, so soll die Fremdbeheizung nicht mehr arbeiten wegen des "^ damit verbundenen hohen Energieverbrauches. Auch bei trockenem Frost wird nicht fremdbeheizt, weil bei einer solchen Witterungslage keine Fahrbahnvereisung auftritt. Die Übertragungsleistung der Wärmerohre bzw. das Wärmeangebot vom Erdreich aus kann durch zwei weitere Thermometer an den Wärmerohren selbst ermittelt werden. Und zwar ist ein Wärmerohrthermometer J4 oberflächennah und ein weiteres Wärmerohrthermometer 15 in der Tiefe, beispielsweise etwa auf fünf Meter Tiefe, angeordnet. Solange noch eine *' positive Temperaturdifferenz zwischen dem Meßpunkt in der Tiefe und dem oberflächennahen Meßpunkt besteht, also ein Temperaturgefälle von der Tiefe zur Oberfläche hin vorhanden ist, deutet dies auf ein Fortbestehen des Wärmeflusses von Erdwärme hin. Sollte diesesTemperaturgefälle sich ausgeglichen haben und an beiden Meßpunkten etwa gleiche Temperaturen vorhanden sein, so deutet dies auf eine zumindest vorübergehende Erschöpfung der Erdwärme hin, so daß auch bei einem solchen Zustand die Einschaltung der Fremdheizquelle bei Frost erforderlich wäre.

Das in F i g. 2 dargestellte einfachere Ausführungsberspiel der zusätzlichen Beheizung der Fahrbahn zeigt einen Abwasserkanal 16, der entlang den unteren Wärmerohrenden entlangläuft und dessen Inneres mit ihnen jeweils wärmeübertragend verbunden ist. Erfahrungsgemäß ist Abwasser aufgrund des aus den Haushalten ablaufenden Warmwassers ständig deutlich oberhalb des Gefrierpunktes temperiert, so daß die darin enthaltende Abwärme für die Zwecke der Fahrbahnbeheizung mit ausgenutz! werden kann. Weitere Abwärmequellen stehen in der Industrie (Brauchwasserabfluß, Härtereien, Galvanik-Betriebe, Kühlwasser) und in Kraftwerken zur Verfügung. Aufgrund eines geeigneten Dükers kann das Abwasser in einer fallenden Leitung zunächst auf Tiefe geleitet und nacii der beheizten Strecke der Fahrbahn über eine Steigleitung wieder auf normales Verlegungsniveau der Abwasserleitungen angehoben werden. Da eine Beheizung der Rohre durch das Abwasser auch dann erfolgt, wenn die Fahrbahn gar keine Wärme benötigt, wird die in diesen Zeiten vom Abwasser gespendete Wärme mit zur Aufheizung des Erdreiches benutzt. Durch die ständige Abwärmezufuhr wird also das Erdreich während Frostpausen schneller regeneriert. Es steht dann bei erneuten Frosteinbrüchen ein höheres Wärmeangebot zur Verfugung.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Erdwärmegespeiste Fahrbahn-Heizungsanlage mit in oder unter der Fahrbahndecke flächendekkend und wärmeleitend verlegten Wärmerohren, die sich im Bereich neben der Fahrbahn in die Tiefe des Erdreiches erstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß an der untersten Stelle der einzelnen Wärmerohre (4)i zusätzlich jeweils eine Fremdheizquelle wärmeübertragend mit den Wärmerohren (4) verbunden ist

2. Fahrbahn-Heizungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fremdheizquelle als elektrische Widerstandsheizung (8) ausgebildet ist

3. Fahrbahn-Heizungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fremdheizquelle als ein an den untersten Enden nebeneinander liegender Wärmerohre (4) entlanglaufender wasserführendes-Kanal ausgebildet ist, in dessen Inneres die Wänneronrenden wäpneübertrsgend hineinragen.

4. Fahrbahn-Heizungsaiilage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal ein Abwasserkanal (16) ist

5. Fahrbahn-Heizungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Fremdheizquelle ein Steuergerät (9) und wenigstens einer der folgenden Sensoren vorgesehen sind, die mit ihrem Ausgang auf das Steuergerät (9)geschalf'rtsind: