Verwendung von Erdwärme zur Schnee- und Eisfreihaltung von Freiflächen

Wie können Freiflächen durch Einsatz von Erdwärme von Schnee und Eis freigehalten werden? Das dafür entwickelte Berechnungsverfahren gestattet die realitätsnahe, rechnerische Simulation der klimatischen Beanspruchungen beheizter Freiflächen. Das Buch liefert eine ausführliche Beschreibung des Verfahrens und bietet grafisch umgesetzte Variationsberechnungen für eine schnelle Identifizierung.

Verwendung von Erdwärme zur Schnee- und Eisfreihaltung von Freiflächen
Wie können Freiflächen durch Einsatz von Erdwärme von Schnee und Eis freigehalten werden? Erstmals wurde ein Berechnungsverfahren entwickelt, das rechnerische Simulationen der klimatischen Beanspruchungen beheizter Freiflächen realitätsnah gestattet. Hierzu wurden insbesondere die zeit- und ortsabhängige Entwicklung der Temperatur- und Schmelzwärmeverteilung auf der Freifläche untersucht und Kenngrößen zur Beurteilung und Bemessung von beheizten Freiflächen abgeleitet. Die Vorteile der hier beschriebenen Methode liegen klar auf der Hand: es handelt sich um ein technisch realisierbares System das nicht auf fossile Energieträger zurückgreift.
Für die instationären Temperaturfeldberechnungen wurden allgemeingültige Berechnungsmodellierungen für die relevanten klimatischen Randbedingungen entwickelt. Diese wurden anhand von Messergebnissen unterschiedlicher Vergleichsobjekte unter realen Witterungs- und Schneeverhältnissen verglichen. Mit Hilfe des neuen Berechnungsverfahrens können die nicht geschmolzenen Schneeflächen und -höhen einer beheizten Freifläche genau bilanziert und ausgewertet werden.
Zur praktischen Anwendbarkeit wurden Variationsberechnungen grafisch umgesetzt. Mit deren Hilfe können die geeigneten Konstruktionen schnell identifiziert werden.
[1.342 Zeichen]

29. März 2010

Klappentext

Die thermische Schnee- und Eisfreihaltung mit Nutzung der Erdwärme bietet gegenüber den herkömmlichen Winterdienstmethoden den Vorteil eines technisch realisierbaren und nicht auf fossile Energieträger zurückgreifenden Systems. Ziel dieser Arbeit ist es, erstmalig ein Berechnungsverfahren zu entwickeln und zu validieren, das realitätsnahe, rechnerische Simulationen der klimatischen Beanspruchungen beheizter Freiflächen mit Berücksichtigung des schmelzenden Schnees gestattet. Hierbei werden insbesondere die zeit- und ortsabhängige Entwicklung der Temperatur- und Schmelzwärmeverteilung auf der Freifläche untersucht und Kenngrößen zur Beurteilung und Bemessung von beheizten Freiflächen abgeleitet. Für die instationären Temperaturfeldberechnungen werden allgemeingültige Berechnungsmodellierungen für die relevanten klimatischen Randbedingungen entwickelt (z.B. kurzwellige Sonnenstrahlung mit Verschattungseinfluss, langwelliger Strahlungsaustausch, windgeschwindigkeitsabhängiger konvektiver Wärmeübergang und das Auftreten von Schnee und Eis). Weiterhin ist ein im zeitlichen Verlauf steuerbares numerisches Modell (z.B. Durchflussmenge, Vorlauftemperatur) zur energetischen Abbildung eines in Festkörpern enthaltenden Strömungskörpers für das verwendete FE-Programm Ansys-Workbench implementiert worden. Die entwickelten Berechnungsmodellierungen werden anhand von Messergebnissen mehrerer unterschiedlicher Vergleichsobjekten, wie zum Beispiel durch eigene Laborversuche mit konstanten Randbedingungen und Freiflächenversuche unter realen Witterungs- und Schneeverhältnissen verifiziert. Mit Hilfe des neuen Berechnungsverfahrens können die zu einem beliebigen Zeitpunkt nach einem Schneefallereignis auf der beheizten Fläche vorhandenen, nicht geschmolzenen Schneeflächen und -höhen genau bilanziert und ausgewertet werden. Auf dieser Grundlage wurden umfangreiche Variationsberechnungen durchgeführt, die den Einfluss von Konstruktions- und Betriebsparametern, wie zum Beispiel den Verlegeabstand, die Einbautiefe der Beheizung, die Vorlauftemperaturen und den Massenströmen des Heizmediums quantitativ beschreiben. Zur praktischen Anwendbarkeit des Berechnungsverfahrens werden aufbauend auf den Variationsberechnungen grafische Darstellungen von Grenzlinien generiert, mit deren Hilfe die unter Auslegungsrandbedingungen geeigneten Konstruktionen in Abhängigkeit der untersuchten Einflussparameter schnell identifiziert werden können.