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R. Kaller:
"Wärmestromverhalten von Freiflächenheizungen";
Supervisor: H. Brandl, D. Kohlböck; Institut für Grundbau und Bodenmechanik, E 221, 2007; final examination: 2007-06.

This thesis discusses the innovative technology of free-space heating systems, to keep free-spaces free from ice and snow. First, a system analysis describes the individual characteristics like possibilities of application, materials, energy-sources, etc. Moreover, physical fundamentals are examined, focusing on the different forms of heat-transport. A numerical example provides first insight about their proportion and discusses aspects of thermal load superposition. Due to the fact that the relevant weather factors can occur in a combined way, the specific values have to be superposed. One method which can be used is the US-American guideline ASHRAE. This scheme assumes that the required heat flux consist of sensible and latent portions for snow-melting, and of convection, radiation and evaporation, being reduced according to the ratio proportionally of snow-free surface to total surface. Especially in comparison to results from experience the ASHRAE method seem, to be slightly overestimating. For more detailed investigations a FE calculation was performed, which seems to confirm the lower values gained by experience on the one hand, and illustrates the influence of design parameters on the other hand. Finally, five model-projects are discussed.

In der vorliegenden Arbeit wird die innovative Technologie der Freiflächenheizungen zur Schnee- und Eisfreihaltung behandelt. Eine Systemanalyse beschreibt zunächst die einzelnen Charakteristika, wie zum Beispiel Anwendungsmöglichkeiten, Materialien, Energiequelle etc. Anschließend werden die physikalischen Grundlagen diskutiert. Dabei stehen besonders die unterschiedlichen Arten des Wärmetransports im Vordergrund. Ein Zahlenbeispiel liefert erste Anhaltspunkte für deren Relationen und wirft die Frage der Lastfallüberlagerung auf. Da die Witterungsverhältnisse auch kombinierend auftreten können, sind die entsprechenden Werte des erforderlichen Wärmeflusses zu überlagern. Eine Methode dafür gibt das US-amerikanische Kompendium ASHRAE an: Hier setzt sich die erforderliche Wärmestromdichte aus dem sensiblen und dem latenten Anteil für die Schneeschmelze und abgemindert mit einem Flächenverhältnis (schneefreier zu gesamter Fläche) aus den Anteilen Konvektion, Radiation und Evaporation zusammen. Vor allem im Vergleich zu Erfahrungswerten sind die Werte nach ASHRAE etwas hoch angesetzt. Für genauere Untersuchungen wird eine Finite-Elemente-Modellierung durchgeführt, die einerseits die niederen Erfahrungswerte zu bestätigen scheint und andererseits die Auswirkungen der Dimensionierungsparameter beurteilt. Abschließend werden fünf Beispielprojekte besprochen.

Straßenheizung / Freiflächenheizung / Wärmestrom / Wärmespeicher / Geothermie / Asphaltheizung / Asphaltkühlung / schneefrei / eisfrei / Schneeräumung