Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Freihalten oder Abtauen von Freiflächen von Schnee-und Ξisbelag durch Erwärmen der Freifläche mittels eines unter ihr verlegten, von einem die Freifläche erwärmenden Medium, vorzugsweise unter der Wirkung einer ümwälzvorrichtung durchströmten Rohrsystems. Die Erfindung betrifft ferner eine Röhrenflächenheizung zur Durchführung des Verfahrens sowie ein Verfahren zur Herstellung der- Röhrenflächenheizung.

Unter Freiflächen sind dabei Verkehrsflächen, Sport- ^' platze, aber auch Dächer, einschließlich derDachrinnen und Landebrücken zu verstehen. Das er indungsgemäße Ver¬ ahren läßt sich auch" als Rohrbegleitheizungsverfahren und als Unterfrierschütz von Kühlhäusern anwenden.

Charakteristik des bekannten Standes der Tec-hrrik

Die Beheizung mittels ineinerHeizanlage, sei es eine elektrische oder mittels fester Brennstoffe betriebenen Heizanlage,erwärmten Wassers ist außerordentlich energie- und kostenaufwendig. Zum anderen steht solche Energie auch nicht immer zur Verfügung oder muß unter hohem

Kostenaufwand an die Stelle gebracht werden, wo das Frei¬ halten von Schnee- und Ξisbelag gefordert wird.

Aufgabe der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, mit dem es möglich ist, Freiflächen von Schnee- und Eisbelag unter Einsatz einer im allgemeinen immer zur Verfügung stehenden Wärmequelle freizuhalten bzw. abzu¬ tauen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß als erwärmendes Medium Kaltwasser verwendet wird, das vorzugsweise dem Grundwasser entnommen, durch das Rohr- system geleitet bzw. gepumpt und anschließend abgeleitet, vorzugsweise wieder in das Grundwasser eingespült wird.

Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, daß zur Freihaltung von Freiflächen von Schnee- und Ξisbelag, aber auch zum Abtauen von vorhandenem Schnee oder Glatteis bloß eine Oberflächentemperatur erforderlich ist, die nur wenig über 0°C liegt.

Grundwasser, aber auch das tiefere Wasser von Gewässern, nämlich Flüssen, Seen oder im Meer, weist eine Temperatur auf, die im allgemeinen in der Größenordnung von mindestens 6° . häufig jedoch darüber bis zu 10°cliegt. Gegebenenfalls kann auch das Wasser eines Wasserver- scrgungsnetzes etwa' derartige Temperaturen aufweisen. Es ist also möglich, mit einem derartigen altwasser _r wenn es durch ein unter der Freifläche. erlegtes Roh system geleitet und anschließend wieder abgeleitet wird, die

Freifläche auf einer Temperatur etwas über 0°C zu halten.

Beispielsweise kann aus dem Grundwasser in einer Tiefe, welche sich aus der Lage und dem Temperaturverlauf des Grundwassers in Abhängigkeit von der Entnahmetiefe ergibt, Wasser entnommen werden, um es durch das unter der Frei¬ fläche verlegte Rohrsystem zu pumpen und anschließend in das Grundwasser wieder einzuspülen. Dabei kann man eine oder mehrere Entnahmestellen abhängig von der Größe der freizuhaltenden Freifläche wählen und das Rohrsystem in ' " an sich bekannter Weise in einen oder mehreren Kreisen, gegebenenfalls parallel zueinander einsetzen.

Ξntsprechend der errechneten und notwendigen Durchflu߬ menge pro Zeiteinheit, um den Antransport der notwendigen Wärmeeinheiten zu gewährleisten, erfolgt die Bemessung von Rohrdurchmesser und Rohrabstand sowie Durchfluß- geschwindigkeit.

Der wärmeverbrauch hängt von den klimatischen Bedingungen wie Lufttemperatur, Windgeschwindigkeit, relative Luft¬ feuchtigkeit, Wärmeübergangswiderstand vom Freifl *τächen- belag zur Luft oder zum Schnee- oder Ξisbelag, von der Wärmeleitfähigkeit der Rohre im Rohrsystem und des Be¬ lages und insbesondere von der Dicke der Überdeckung der .Rohre durch den Belag ab.

Selbstverständlich ist es sinnvoll, die Rohre möglichst oberflächennah zu verlegen, um eine möglichst große Wärmeabgabe des als erwärmendes Medium verwendeten Wassers zu erreichen. ,.

Die Durchflußgeschwindigkeit des Wassers läßt sich gegebenenfalls automatisch in Abhängigkeit von der Temperatur des Belages an der Oberfläche und/oder im Inneren des Belages sowie auch in Abhängigkeit von den klimatischen Bedingungen ändern, so daß die Wärmezufuhr im notwendigen Ausmaß eingeschränkt werden kann.

Schneefall und Glatteisbildung aus Luftfeuchtigkeit und Kälte ergeben sich immer im Bereich einer Lufttemperatur von 0°C bis ca. -β °C bis -10°C. Bei tieferen Temperaturen ist mit Schneefall oder Giatteisbildung aus Luftfeuchtig¬ keitund,Kälte nicht mehr zu rechnen. Daher muß bei tieferen Temperaturen im allgemeinen keine Wärme aus dem RohrSystem abgegeben werden. Es genügt vielmehr, wenn in weiterer Ausbildung der Erfindung die Durchflußgeschwindig¬ keit des Wassers derart geregelt wird, daß sie bei Ab¬ sinken der Außen-

temperatur unter ca. -6°C gerade noch ausreicht, um ein Zufrieren des Rohrsystems zu verhindern.

Damit kann die Wärmemengenzufuhr und somit die Durchflu߬ menge ^" des Wassers auf eine Temperaturdifferenz von -6 bis -1Q°C auf +1 bis +4°C eingeschränkt werden, was die Betriebskosten des erfindungsgemäßen Verfahrens vorteil- ^• haft zu erniedrigen gestattet.

Gemäß einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Beheizung gegebenenfalls automatisch auch so eingestellt werden, daß bei Unterschreiten einer - Lufttemperatur, von -6° bis -10°C grundsätzlich darauf verzichtet wird, die freizuhaltende Freifläche auf einer Temperatur über 0 ^β C zu halten, da sich bei solchen tiefen Temperaturen kein rutschiger Belag bilden kann. Es ist also möglich, bei Erreichen von Temperaturen unter -6°C das Rohrsystem zu entleeren, wobei man jedoch bei Wieder¬ anstieg der Temperatur vor dem erneuten Durchleiten des Wassers das Rohrsystem auf etwas über den Gefrierpunkt des Wassers vorwärmt. Damit läßt sich erreichen, daß bei Wied reintreten der für Schnee- und Glatteisbildung kritischen Temperaturen oberhalb von -10 bis -6°C keine Vereisung des Grundwassers im Rohrsystem eintreten kann. ^' Die Beheizung des Rohrsystems kann gegebenenfalls elektrisch erfolgen, beispielsweise also dadurch, daß man das Rohr selbst als Heizwiderstand verwendet oder es in einem elektrischen Heizdraht einbettet, wenn es aus einem entsprechenden, keinen Strom leitenden Kunststoff hergestellt ist. Man kann auch das Wasser vorheizen, beispielsweise durch Einsatz einer öl-, Gas- oder Wärme- pumpenheizung und mit Hilfe dieses vorgeheizten Wassers die Vorwärmung des RohrSystems vornehmen. Die Heizein¬ richtungen können selbstverständlich auch in anderen Fällen,, die j.edoch Ausnahmefälle bleiben sollen, in Betrieb genommen werden.

Der Wirkungsgrad des Verfahrens nach der Erfindung läßt sich noch dadurch erhöhen, daß man den Wärmeübergang vom Rσhrsystem auf die Freifläche durch Abdeckung des Rohrsystems mittels eines eingebettete wärmeleitende 5 Partikel enthaltenden Belages verbessert.

Um eine unnötige Abstrahlung oder Ableitung von Wärme in das Erdreich zu verhindern, wird in Fortbildung der Er¬ findung vorgeschlagen, unter dem Roh system bzw. unter der Tragkonstruktion für das Rohrsystem eine Wärmedämm- 0 Schicht zu verlegen.

Um beispielsweise die Entnahmemenge des Grundwassers pro Stunde zu begrenzen, kann vorgesehen sein, daß das Kalt¬ wasser durch ein in mindestens zwei übereinander liegenden Lagen verlegtes Rohrsystem geführt wird, wobei es vorzugs- weise zuerst die der Oberfläche näher liegende Lage und anschließend die tiefer liegende(n) Lage (n) des Rohr- syste s durchströmt. Der Abstand der Lagen soll dabei ^' mindestens 5 cm betragen. In der obersten Lage gibt das Grundwasser- Wärme zu Verhütung von Schnee und Glatteis- bild ng auf der Freifläche nach oben ab. In der bzw. den darunter liegenden Lagen wird nochmals weitere Wärme ab¬ gegeben, wodurch ein Abgang von Wärme nach unten vermieden bzw. die Wärmeabgabe nach oben verstärkt werden soll.

Bei einem zweilagigen Röhrensystem können z.B. auf einer Stahlbetontragplatte oben und unten Röhren angeordnet sein. Bei Tragkönstruktionen von Brücken, Betonbelägen auf Flug¬ häfen oder ähnlichen Anwendungen ist es zweckmäßig, die zweite Lage des Rδhrensystems in der neutralen Zone der Biege-Zug-Spannungen oder im untersten Bereich der ^{' '} Konstruktion anzuordnen.

Selbstverständlich kann auch bei einem mehrlagigen Röhren¬ system zusätzlich eine Wärmedämmschicht unter dem Röhren¬ system bzw. unter der Tragkonstruktion angeordnet sein.

Die Erfindung betrifft fernereineRδhrenflächenheizung, insbesondere zur Durchführung des vorstehend geschilder¬ ten Verfahrens, deren von einem vorzugsweise flüssigen Heizmedium durchflossene Röhren schlangen- oder register förmig sind.

In der DΞ-OS 24 42 503 ist eine Flächenheizung beschrieb mit der die Aufgabe gelöst werden soll, insbesondere zur Vermeidung des Einsatzes zusätzlicher HeizVorrichtungen die Röhren so zu verlegen, daß bei stark fallender Außen temperatur oder nach dem Lüften eines Raumes bzw. im Freien auch bei Schneefall oder Glatteisbildung die Heizung beim Ξinschaltemrasch zur Wirkung auf die zu be- heizende Oberfläche kommt, ohne daß dadurch die Gefahr besteht, daß der Boden o.dgl., d.h. das Ξinbettungs- material, durch von der Dehnung der Rohre herführende Sprengspannungen beschädigt werden kann.

Diese Aufgabe wird nach der DΞ-OS 24 42 503 dadurch ge¬ löst, daß die Röhren im geringen Abstand, d.h. größen¬ ordnungsmäßig = 3 cm, unterhal der zu beheizenden Fläche angeordnet sind und/oder aus einem Material be¬ stehen, welches bei Erwärmung keine wesentlichen Spreng¬ spannungen auf das die Röhren umgebende Einbettungs- materiai ausübt.

Ais Rohrmaterial ist beispielsweise Gummi o.dgl. vorge- sehen, d.h. ein Material, das die beim Erwärmen auf¬ tretenden Volumenvergrößerungen durch Stauchen selbst aufzunehmen vermag, so daß sie, wenn überhaupt, nur in geringem Umfange auf das die Röhren umgebende Einbettung material einwirken.

Die DΞ-OS 24 42 503 nennt noch weitere Maßnahmen zur Lösung der in ihr gestellten Aufgabe.

Aufgabe der Erfindung ist es, die aus der DΞ-OS 24 42 50 bekannt gewordene technisch einwandfreie und

mäßig vertretbare Röhrenflächenheizung insbesondere für die Zwecke des Verfahrens nach der Ξrfindung weiterzu¬ bilden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Röhren aus einem Material gefertigt oder mit einer Substanz überzogen sind, die keine 3indung zwischen Röhrenoberfläche und Ξstrich- oder Belagmaterial zulassen, und daß an den Umbiegungs- oder Wendestellen der Röhren für sie ein Freiraum vorgesehen ist.

Mit dieser Maßnahme wird erreicht, daß allein vom

.Material her die Röhren am Material des Ξstrichs oder Belages gleiten können und keine reibungsfeste Verbindung eingehen, aber die Möglichkeit besteht, daß sich die Wärmedehnung, welche nunmehr nicht örtlich als Spreng- Spannung auf den umhüllenden - strich oder Belag wirkt, ü. den Umbiegungs- oder Wendestellen der Röhren als Längs¬ dehnung frei auswirken kann. ^•

Vorzugsweise werden beispielsweise die Röhren mit einem Film oder Anstrich versehen, welcher diese Reibung ver- hindert und die Röhren entsprechend gleitfähig mächt.

Ξine alternative, im Rahmen der Ξrfindung liegende Möglichkeit, ist die Umhüllung der Röhren mit einem dünnen Schlauch aus Kunststoff oder einem Textilmaterial oder einem Mineralfasergewebe.

Der Freiraum an den Umbiegungs- oder Wendestellen der

Röhren erstreckt sich zweckmäßig in horizontaler Richtung beiderseits der Wendeschleife der Röhren.

Zur Schaffung des Frεiraumes gibt es in weiterer Aus¬ bildung der Ξrf-indung mehrere 2-Iöglichkeiten, beispiels- weise das Ξinlegen von Formstücken, welche ohne besonderen Kraftaufwand -zusammendrückbar sind und beim Zusammen-

drücken gegebenenfalls zerfallen. Solche Formstücke können beispielsweise Schaumstofformstücke aus dem unter dem Handelsnamen Styropor bekannten oder einem ähnlichen Material sein.

Man kann elastische Formstücke einlegen, die bei der

Wärmedehnung der Röhren zusammengedrückt werden und sich. anschließend beim Zusammenziehen der Röhren wieder ent¬ sprechend ausdehnen.

An den Umbiegungs- oder Wendestellen können auch Schalungselemente, wie biegsame Leisten, vorzugsweise aus Kunststoff, eingelegt werden, die den gewünschten Freiraum abgrenzen, der somit am Verlegungsort der Röhrenfußbodenheizung ausgeschäumt werden kann. Dabei ist es gegebenenfalls möglich, oberflächig derart be- handelte Leisten zu verwenden, daß diese vom entstandenen Schau kcrper gelöst und an anderer Stelle erneut verwen¬ det werden können.

Eine weitere Möglichkeit ist das Einlegen von luftgefüll¬ ten Formstücken, deren Hülle sich z.B. nach vergleichs- weise kurzer Zeit zersetzt, so daß damit der elastische Druck zwischen Hülle und Heizrohr beseitigt ist.

Man kann auch die Heizrohren beim Verlegen im Ξinbettungs- ateriai mit einer Flüssigkeit füllen, deren Temperatur in der Größenordnung der Vorlauftemperatur der Röhren- fiächenheizung liegt. Damit werden die Röhren gedehnt.

Während der Erstarrung des Estrichs oder Belages wird die heiße Flüssigkeit, bei der es sich beispielsweise um Wasser handeln kann, durch eine kalte Flüssigkeit, ebenfalls - zweckmäßig Wasser, ersetzt , so -claß sich das Röhrensystem zusammenzieht und damit an den Wende- und Umbiegungsstel- len der erwünschte Freiraum geschaffen wird. Gegebenen¬ falls läßt sich der Erwärmungs- und Abkühlungsvorgang mehrfach während der Erstarrung des Ξinbettungsmaterials

wiederholen.

Die mit der Ξrfindung erreichbaren Vorteile lassen sich noch vergrößern, wenn man Röhren in der statisch neutra¬ len Zone des Ξstrichs oder 3elages verlegt.

Hierdurch ergibt sich nicht nur eine gewünschte Anhebung der Röhren in die Nähe der Oberfläche, die von der Röhrenflächenheizung zu beheizen ist, sondern insbesondere auch eine Verlagerung eventuell noch verbleibender Biege¬ oder Zugspannungen in die am wenigsten beanspruchte Zone des Ξstrichs oder Belages und schließlich auch noch eine •wesentlich gleichmäßigere Ξrwärmung von der Mitte des Ξstrichs oder Belages aus, so daß WärmeStauungen und die damit verbundenen Aufwölbungen mit unzulässigen Biege¬ spannungen, welche zu Rißbildung führen können, vermieden sind,

Für die zuletzt genannte 2-ϊaßnahme der Verlegung der Röhren ist die statisch neutrale Zone des Estrichs oder Belages wird selbständiger Schutz begehrt, da allein dadurch bereits unzulässige Sprengspannungen in dem Estrich oder Belag unabhängig von der Maßnahme der möglichen gleitenden Bewegung zwischen Estrich oder Belag und Röhren ^' sehr weitgehend herabgesetzt.werden können.

In Weiterentwicklung der Ξrfindung wird vorgeschlagen, dieRöhren doppelt zu verlegen und im Gegenstrom mit dem erwärmenden Medium zu beschicken. Man erhält dadurch einen günstigen Temperaturausgleich über die verlegte Rohrlänge und damit eine geringe Beanspruchung des Ein¬ bettungsmaterials. Diese Lösung ist allgemein für Röhren- flächenheizunge- brauchbar.

Die doppelt verlegten Röhren können zu einem einzigen Rohr zusammengefaßt werden, wenn der Rohrquerschnitt durch eine Zwischenwand unterteilt wird. Als Querschnitts-

"

form eines solchen Doppelrohres ist ein Achterquerschnitt auch in Form zweier übereinander gesetzter Quadrate denkbar.

Beschreibung der Zeichnungsfiguren

Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 einen Anschnitt aus dem Röhrensystem der Röhren¬ heizung zur Wiedergabe des an der Wendestelle einer Röhre zu schaffenden Freiraumes;

Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Datstellung einer .Möglichkeit der nachgiebigen Einbettung eines Rohres an - einer Wendestelle;

Fig. 3 die Spannungsverteilung an einem gemäß der Erfin¬ d—ung in einem Estrich verlegten Rohr,

Fig. 4 eine Klammer zur Verlegung der Röhren nach der Erfindung,

Fig. 5 und 6 zwei Rohrquerschnitte.

Beschreibung von bevorzugten Ausführungs- beispielen

In Fig. 1 ist mit 1 allgemein beispielsweise der Estrich über einer, vorzugsweise als Wärmedämmung ausgebildeten Tragschicht bezeichnet, in den die Heizröhren 2 verlegt sind, von denen in Fig. 1 lediglich eine Wendestelle wiedergegeben ist.

Entweder legt man an der Stelle 3 ein Formstück ein, welches ohne besonderen Kraftaufwand zusammendrückbar ist und beim Zusammendrücken gegebenenfalls zerfällt, wobei es sich beispielsweise um ein Schaumstofformstück handeln kann, oder man legt ein elastisches Formstück ein, das bei der Wärmedehnung desRohres zusammengedrückt wird und sich

anschließend beim Zusammenziehen des Rohres 2 wieder entsprechend ausdehnt.

Man kann aber auch an die Stelle 3 ein luftgefülltes Formstück einlegen, dessen Hülle sich z.B. nach ver- gleichsweise kurzer Zeit zersetzt, so daß damit der elastische Druck zwischen Hülle und Heizrohr beseitigt ist.

Aus der Fig.2 erkennt man bei 1 wieder den Estrich über einer vorzugsweise als Wärmedämmung ausgebildeten Trag- schicht mit einem Kanal 1T zur Aufnahme eines nicht ge¬ zeichneten Heizrohres. Bei 12 ist dieser Kanal aufge¬ weitet und nimmt ein den aufgeweiteten Teil nach innen begrenzendes, gegebenenfalls mehrteiliges Schalelement 13 auf.

Fig. 3 läßt bei 4 die Tragschicht erkennen, auf der der Estrich 5 aufgebaut ist. Es ist erkennbar das Rohr 6 der Röhrenfiächenheizung in die neutrale Zone verlegt, wie sich aus den Kräfteflächen bei 7 erkennen läßt.

Fig. 4 zeigt eine Halterung für ein Rohr 8 bestehend aus einem Fuß 9, der auf der Tragschicht 10 verlegt ist und zwei Armen 11,12 die federnd zwischen sich das Rohr 8 auf-

« nehmen. Es gibt für die Ausbildung dieser Halter die ver¬ schiedensten Möglichkeiten. Wesentlich ist, daß sie es gestattet, das Rohr 8 von einer Auflage unmittelbar auf der ^' Tragschicht 10 in die neutrale Zone- anzuheben.

Die Fig. 5 und 6 zeigen zwei Rohrquerschnitte für Rohre, die doppelt verlegte Ξinzelrohre ersetzen, indem ein ^• Trennwand in einem Einzelrohr vorgesehen ist, die die Beschickung dieses Rohres mit dem erwärmenden Medium im Gegenstrom ermöglicht. -Beim Querschnitt nach Fig. 6 ist durch die größer flächige Trennwand ein besserer Wärme¬ austausch zwischen den beiden Rohrhälften möglich.