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Die Erfindung betrifft einen Belag oder eine Verkleidung, umfassend eine
Deckfläche und ein Förderelement zum Fördern von Flüssigkeit, wie z. B. Wasser,
entlang der Deckfläche oder zur Wärmeübertragung zwischen der Deckfläche und
der Flüssigkeit.
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Es ist bekannt, Fußbodenoberflächen zu beheizen, indem man Stromleiter
oder Flüssigkeitsleiter in die Fußbodenoberfläche einbettet und elektrischen
Strom oder warme Flüssigkeit durch die Leiter hindurchleitet. Es ist auch
bekannt, einen Sonnenkollektor mit einem Rohrleitungssystem in einer
Fahrbahndecke zu platzieren, in welchen Fall die dunkelfarbige Fahrbahndecke
als Absorptionsoberfläche wirkt und Wasser mittels des Rohrleitungssystems
entlang der erwärmten Absorptionsoberfläche gefördert wird. Das erwärmte Wasser
wird dann im Boden gespeichert oder wird zur Raumheizung durch Gebäude
gefördert, die der Straße benachbart sind. Ein solches Sonnenkollektorsystem
kann auch verwendet werden, um anschließend die gespeicherte Energie verfügbar
zu machen, um Oberflächen, wie z. B. Fahrbahnoberflächen im Fall von Brücken,
oder Schleusen eisfrei zu halten. Für eine Massenverwendung ist das Einbetten
eines Rohrleitungssystems in einem Belag, z. B. einer Fahrbahndecke oder
Flugzeug-Start- und Landebahn, verhältnismäßig kostspielig, verglichen mit den
Kosten von Primärenergie, während die Wärme, die man gewinnt (Exergie), von
geringer Qualität ist.
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Der Belag, der im Schriftstück AU 524 990 B offenbart ist, umfasst eine
Deckfläche (oberes Ende des Gehäuses 2, Fig. 3) und ein Förderelement (Kern 1,
Fig. 3) zum Fördern einer Flüssigkeit entlang der Deckfläche und zur
Wärmeübertragung zwischen der Deckfläche und der Flüssigkeit. Der Belag umfasst
weiter eine Deckschicht (oberes Ende des Gehäuses 2, Fig. 3), wobei eine poröse
Schicht (Kern 1, Fig. 3) unter ihr möglicherweise 20% Leervolumen aufweist
(Seite 3, Zeilen 3-5). Eine Abdichtungsschicht (unteres Ende des Gehäuses 2
Fig. 3), die sich unter der porösen Schicht befindet, ist auch vorhanden, und
Abgangselemente (3, 4, Fig. 3) sind in Längsrichtung vorgesehen. Das
Abgangselement (4, Fig. 3) stellt eine Verbindung mit der porösen Schicht für den
Abgang der Flüssigkeit aus der Schicht her, und in einem Abstand von dem
Abgangselement stellt ein Zuführungselement (3, Fig. 3) eine Verbindung mit der
porösen Schicht für die Zuführung von Flüssigkeit zur porösen Schicht her.
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Die Herstellung der Vorrichtung gemäß AU 524 990 B erfordert, dass die
Deckschicht Teil eines Gehäuses ist, das den Kern der Vorrichtung umgibt. Es
ist folglich unmöglich, die Deckschicht durch Asphaltausbreiten auszuführen.
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Ein anderer Typ eines Belags ist in der GB 2 256 702 A offenbart. Er ist
aus Harz hergestellt, wodurch er folglich zum Asphaltausbreiten nicht geeignet
ist.
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Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Bereitstellung
eines Belags oder einer Verkleidung, der/die mit einem Förderelement zur
Wärmeübertragung zwischen der Deckfläche und einer Flüssigkeit, wie z. B. Wasser,
versehen ist, die mittels des Förderelements entlang der Deckfläche gefördert
wird, und das einfach und preisgünstig ist. Ein weiteres Ziel der vorliegenden
Erfindung ist es, einen Belag mit einer verhältnismäßig hohen
Wärmeübergangszahl zwischen der Deckfläche und dem Wärmeförderelement bereitzustellen, bei
dem das System auf eine einfache Weise überschichtet werden kann und während
einer Ersetzung oder Erneuerung wiederverwendet werden kann.
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Zu diesen Zweck ist ein Belag oder eine Verkleidung gemäß der
vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass der resultierende Belag umfasst:
eine Deckschicht mit einer porösen Schicht unter ihr mit mindestens 20%
Leervolumen und eine Abdichtungsschicht, die sich unter der porösen Schicht
befindet, ein Abgangselement, das in einer Längsrichtung bereitgestellt wird,
welches Abgangselement mit der porösen Schicht für den Abgang der Flüssigkeit
aus der porösen Schicht eine Verbindung herstellt, und wobei in einem Abstand
vom Abgangselement Vorkehrungen für ein Zuführungselement getroffen worden
sind, das sich in der Längsrichtung erstreckt und mit der porösen Schicht für
die Zufuhr von Flüssigkeit zur porösen Schicht eine Verbindung herstellt.
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Die Deckschicht der Konstruktion gemäß der vorliegenden Erfindung weist
sowohl die Funktion einer Belagschicht oder Verkleidungsschicht als auch
diejenige einer Absorptionsoberfläche auf. Hinsichtlich einer Konstruktion
weist der Belag gemäß der Erfindung denselben Tragfähigkeitswert auf wie eine
entsprechende Konstruktion ohne Wärmefördereigenschaften und bei nur einer
zusätzlich erforderlichen Schichtdicke, die zwischen 0 und 2 cm variiert. Der
Sonnenkollektor gemäß der vorliegenden Erfindung kann mittels der vorhandenen
Techniken zum Aufbringen des Straßenbelags platziert werden, z. B. mittels eines
Asphaltiergeräts, so dass seine Kosten sehr gering sind. Weiter weist der
Sonnenkollektor gemäß der Erfindung eine verhältnismäßig hohe
Wärmeübergangszahl auf, verglichen mit einem System von Rohren, die in der Fahrbahndecke
eingebettet sind. Solche Kunststoffrohre mit einem Durchmesser von 1 bis 2 cm,
die etwa 6 cm unter der Oberfläche des Belags mit einem Mitte-zu-Mitte-Abstand
von 6 bis 12 cm liegen, sind nicht nur kostspielig, sondern auch
verhältnismäßig ineffizient. Anders als ein System mit Rohren, kann das System gemäß der
vorliegenden Erfindung auf eine einfache Weise mit einer neuen Schicht eitles
Belagmaterials, das dieselben Eigenschaften aufweist, z. B. zur Instandhaltung
des Belags versehen werden. Im Fall eines Rohrleitungssystems würden die Rohre
schließlich zu tief unten liegen, während ein Wegschneiden der Deckschicht zu
einer Beschädigung am Rohrleitungssystem führen kann.
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Der Sonnenkollektor gemäß der vorliegenden Erfindung besteht vollständig
aus Materialien, die beim Straßenbau zur Ausbildung der Verschleißdecke als
Belag in Standardgebrauch sind und die in ihrer Gesamtheit nach Wegschneiden
und Zerkleinern während einer Erneuerung des Systems wiederverwendet werden
können. Dies ist von großer Wichtigkeit, da Asphaltdeckschichten eine
Nutzlebensdauer von 10 bis 15 Jahren aufweisen. Erneuerung und Änderungen, wie z. B.
bei Straßenverlegung und Straßenverbreiterung können auch notwendig sein, und
diese können auf eine einfache Weise mit dem Sonnenkollektor gemäß der
vorliegenden Erfindung durchgeführt werden.
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Die verwendete poröse Schicht umfasst vorzugsweise eine Schicht von sehr
offen strukturiertem Asphaltbeton mit einer überwiegenden Korngröße zwischen 6
mm und 8 mm oder zwischen 8 mm und 11 mm oder zwischen 11 mm und 16 mm und mit
einem Leervolumenanteil von mindestens 20%, vorzugsweise zwischen 25 und 30%.
Wasser kann mit einem geringen Strömungswiderstand vom Einlass zum Auslass
horizontal durch eine solche Schicht fließen. Der Auslass der porösen Schicht
ist mit einer Wärmespeichereinrichtung verbunden, beispielsweise mittels einer
Pumpe oder Wärmepumpe, während Wasser mittels das Einlasses von einem
Speichermedium zur porösen Schicht gefördert wird. Die Deckschicht des Belags kann
wasserundurchlässig sein, um zu verhindern, dass das Wasser, das zu erwärmen
ist, verunreinigt wird, so dass es z. B. nicht in den Boden zurückgepumpt werden
kann oder muss. Es ist auch möglich, die Deckschicht in einer offenen
Konstruktion zu fertigen, um eine gute Entwässerung zu erhalten und um eine dünne
wasserundurchlässige Asphaltschicht oder eine andere undurchlässige Schicht,
wie z. B. eine Geotextilien- oder eine Kunststoff- oder Bitumen-Membran,
zwischen die offene Deckschicht und die Förderschicht zu platzieren.
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Es ist ebenso möglich, einen richtigen Gebrauch von der
Entwässerungsfunktion der porösen Schicht zu machen, z. B. im Fall von (weiten)
Kraftfahrstraßen. In diesem Fall kann die Deckschicht porös gemacht werden, während
der Leervolumenanteil vorzugsweise in derselben Größenordnung gehalten wird,
wie, derjenige für die poröse, Flüssigkeit fördernde Schicht, wobei aber der
Korndurchmesser der Deckschicht vorzugsweise überwiegend zwischen 2 und 4 mm
liegt. Die einzelnen Poren werden dann viel kleiner, so dass Wasser leicht in
Richtung auf die unten liegende grobkörnige Zwischenschicht fließen kann, aber
so, dass (grober) Schmutz nicht durchgelassen wird. Feiner Schmutz (Schlamm)
wird mit dem kontinuierlichen Wasserstrom entfernt, der durch die poröse
Schicht entlang der Verschleißdecke zur Abflusskonstruktion gefördert wird. In
dieser Ausführungsform ist die Erfindung sehr zur Verwendung bei
Kraftfahrzeugstraßen oder als Belag für Dämme und Küstenverteidigungsstrukturen
geeignet, und man erhält die folgenden fünf Vorteile:
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Sonnenenergie wird erhalten;
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- Regenwasser wird vertikal abgeleitet (Verhütung von Aquaplaning und
Spritzen und Sprühnebel);
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- eine bemerkenswerte Lärmverringerung im Vergleich mit einer dichten
Deckschicht wird erhalten;
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- das bis jetzt ungelöste Verschmutzungsproblem von sehr offen
strukturiertem Asphaltbeton ist gelöst worden, was auch das Reinigungsproblem
erledigen würde (bis jetzt auch nicht gelöst); und
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- an sehr heißen Tagen wird die Fahrbahndecke gekühlt, so dass ein
Zerfurchen bei starkem Verkehr drastisch reduziert wird.
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Sogenannter sehr offen strukturierter Doppelschichtasphaltbeton, der auf
eine geeignete Weise als Sonnenkollektor des oben beschriebenen Typs verwendet
werden kann, wird vom Anmelder unter der Markenbezeichnung DUOLAY hergestellt.
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Zur Förderung des Wassers durch die poröse Schicht kann das seitliche
Gefälle der Straße verwendet werden, wobei das Gefälle, wo es vorhanden ist,
etwa 2% beträgt. In einem solchen Fall kann das Zuführungselement und das
Abgangselement durch eine einfache Kanalkonstruktion gebildet sein. In Fällen,
in denen kein Gefälle oder ein unzureichendes Gefälle vorhanden ist (z. B., wo
Straßen sehr bereit sind), kann ein künstlicher Abfall erzeugt werden, indem
das Zuführungselement an einem erhöhten Niveau in Bezug zum Boden des
Abgangselements bereitgestellt wird, so dass das Wasser unter dem Einfluss des
Druckgradienten, der durch das erhöhte Gewicht des Wassers im Zuführungselement
erzeugt wird, durch die poröse Schicht gedrückt wird. Im Allgemeinen sind die
Kanalkonstruktionen abgeschlossen, um ein Verschmutzen zu vermeiden.
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Das aus dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung resultierende
System kann nicht nur zur Wärmespeicherung im Grundwasser verwendet werden,
sondern auch dazu, die Verschleißdecke frei von Eis zu halten. Sollte die
poröse Zwischenschicht zufrieren, wird in diesen Fall kein Schaden
hervorgerufen. Zuführung von Warmwasser zur porösen Schicht bedeutet, dass
Splittstreukosten wesentlich reduziert werden können und durch Salz weniger
Beschädigung an der Umwelt hervorgerufen wird.
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Der Begriff "Verschleißdecke", wie in diesem Zusammenhang verwendet,
bezieht sich auf eine Fahrbahndecke, Dachparkfläche, Parkplatz,
Flughafenvorfeld, Flugzeug-Start- und Landebahn, Radfahrweg usw.. Der Belag gemäß der
Erfindung kann auch als Dammverkleidung verwendet werden, wobei die letztere
als Verschleißdecke wirken kann oder nicht. Wenn der Sonnenkollektor auf einer
Brückenoberfläche verwendet wird, kann der Sonnenkollektor zur Erwärmung der
Brückenoberfläche selbst verwendet werden; wenn er bei einer Fahrbahndecke
verwendet wird, kann die Fahrbahndecke erwärmt werden, oder es können entlang
der Straße gelegene Gebäude erwärmt werden, und der Sonnenkollektor kann mit
einem Erwärmungs/Klimatisierungs-System eines solchen Gebäudes verbunden sein.
Wenn er auf einer Dachparkfläche verwendet wird, kann das Gebäude darunter
erwärmt werden, während, wenn er in einem Parkplatz verwendet wird, der
Supermarkt, der benachbart sein kann, erwärmt werden kann. Im Fall eines
Lufthafenvorfelds oder -Start- und Landebahn können die Abflugwartehallen oder die
Arbeitsbereiche usw. erwärmt werden.
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Eine Anzahl von Ausführungsformen eines Belags gemäß der vorliegenden
Erfindung werden in größerer Einzelheit mit. Bezug auf die beigefügte Zeichnung
beschrieben.
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Fig. 1 stellt einen schematischen Querschnitt der Schichtkonstruktion
des Belags gemäß der vorliegenden Erfindung dar;
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Fig. 2 stellt eine Konstruktion dar, bei der die Zuführungs- und
Abgangselemente durch einen Kanal unter Verwendung des Gefälles der
Fahrbahndecke gebildet sind;
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Fig. 3 stellt eine Konstruktion dar, bei der kein Höhenunterschied
zwischen Zuführungs- und Abgangselement vorhanden ist.
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Fig. 1 stellt einen seitlichen Querschnitt eines Belags 1 dar, der mit
einer Tragschicht 2 von Asphalt, Sandzement, Beton usw. versehen ist. Diese
Tragschicht 2 ist auf einem Fundament von Beton oder Sand platziert. Eine
Abdichtungsschicht 3, etwa 2-4 cm dick, z. B. in Form einer wasserdichten
Asphaltschicht, ist auf der Tragschicht 2 platziert. Oben auf der
Abdichtungsschicht 3 liegt eine poröse Schicht 4 als Förderelement für Wasser in der
Querrichtung T. Die poröse Schicht 4 ist durch z. B. eine Schicht von sehr offen
strukturiertem Asphaltbeton mit einer Dicke von etwa 4-6 cm und mit einem
Leervolumenanteil zwischen 25 und 30% gebildet. Die Partikelgröße der porösen
Schicht 4 liegt überwiegend zwischen 6 mm und 8 mm, oder zwischen 8 mm und 11
mm, oder zwischen 11 mm und 16 mm. Die poröse Schicht 4 ist durch eine
Deckschicht 5 bedeckt, die die Verschleißdecke des Belags bildet und die z. B.
durch eine Schicht von Asphaltbeton mit einem verhältnismäßig geringen
Leervolumenanteil und einer Dicke von etwa 3 bis 5 cm gebildet ist. Die Schichten
2, 3, 4 und 5 weisen sowohl die Funktion einer Belagschicht auf, die die
Verkehrsanforderungen hinsichtlich Belastung erfüllt, als auch die eines
Sonnenkollektors, in welchen Fall die dunklen Eigenschaften der Deckschicht 5
sie zur Absorption von Sonnenwärme sehr geeignet machen.
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Fig. 2 stellt eine Ausführungsform dar, in der infolge des Gefälles der
Fahrbahndecke, die z. B. 2% beträgt, das Wasser durch die poröse Schicht 4 von
einem Zuführungselement 6 zu einem Abgangselement 7 gefördert wird. Das
Zuführungselement 6 kann eine Verbindung mit der porösen wasserleitenden
Schicht in der dichten Tragschicht 2 herstellen, die in diesem Fall als Kanal
um die poröse Schicht 4 gebildet ist. Ein Rohrleitungssystem, das sich in
Längsrichtung des Belags befindet, kann mit dem Zuführungselement 6 und dem
Abgangselement 7 verbunden sein. Es ist für einen separaten Kanal auch möglich,
dass er entlang der Zuführungselemente 6 und Abgangselemente 7 vorgesehen ist,
die in regelmäßigen gegenseitigen Intervallen zur Verfügung gestellt werden.
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Die Abdichtungsschicht 3 ist vorzugsweise von einer Dämmkonstruktion, und
die Schicht umfasst z. B. Asphalt mit leichtgewichtigen Körnern oder
Zellenbeton. Dies lässt die Temperatur der porösen Schicht schneller ansteigen, und
der Wirkungsgrad des Sonnenkollektors nimmt zu.
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In der Ausführungsform entsprechend Fig. 3 ist die Verschleißdecke
horizontal, und das Zuführungselement umfasst einen Kanal 9, dessen Boden 10
durch die poröse Schicht 4 gebildet wird. Das Abgangselement wird durch einen
Kanal 8 gebildet, dessen Boden 12 sich auf einem tieferen Niveau als der Boden
10 des Kanals 9 befindet. Ein Teil der Seitenwand 11 des Kanals 8 wird durch
die poröse Schicht 4 gebildet, und Wasser wird infolge des Höhenunterschieds
zwischen den Wasserniveaus im Kanal 9 und Kanal 8 durch die poröse Schicht vom
Zuführungskanal 9 zum Abgangskanal 8 gefördert.
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Nach Abgang durch die Öffnung 7 mittels Wärmepumpen oder anders kann in
der porösen Schicht 4 erwärmtes Wasser direkt zum Erwärmen von Gebäuden
verwendet werden, oder kann im tiefen Grundwasser gespeichert werden. Entsprechend
den Erfordernissen kann das warme Grundwasser wieder heraufgepumpt werden und
entweder zum Erwärmen des Belags 1, indem es der Zuführungsöffnung 6 oder dem
Zuführungskanal 9 zugeführt wird, oder zum Erwärmen von nahe der Fahrbahndecke
gelegenen Gebäuden verwendet werden. Eine geeignete Kombination der Deckschicht
5 und porösen Schicht 4 wird durch eine sehr offen strukturierte
Zweilagenasphaltbetonkonstruktion gebildet, wie z. B. derjenigen, die vom Anmelder unter
der Markenbezeichnung DUOLAY hergestellt wird.