Die derzeitigen Anforderungen im Bereich der DB Netz AG verlangen eine elektrische Heizleistung von 330 W/m Backenschiene. Dies ist ein Erfahrungswert, der, ausgenommen bei Extremwetterlagen, eine störungsfreie Weichenstellung und Verriegelung ermöglicht. Tatsächlich ist durch eine Weichenheizung sicherzustellen, dass der von der bewegten Weichenzunge überstrichene Bereich von Schnee und Eis freigehalten und so eine Behinderung des Stellvorgangs und der Verriegelung vermieden wird. Das Arbeitsprinzip der hier vorgestellten geothermischen Weichenheizung beruht auf dem Wärmetransport in Wärmerohren und der Nutzung von latenter Wärme des Arbeitsmediums um den Arbeitspunkt herum. Der Arbeitspunkt wird entsprechend der notwendigen äußeren Temperatur zum Schmelzen des Schnees gewählt. Mit CO2 als Arbeitsmedium bildet das Wärmerohr als Wärmeübertrager die Kernkomponente der Anlage. Als Wärmequelle ist Erdwärme bei Temperaturen von etwa 10 °C oder geringfügig höher optimal. Diese steht unterhalb der neutralen Zone - 10 m unter der Terrainoberfläche - permanent zur Verfügung, sofern die durchschnittliche mittlere Jahrestemperatur etwa in diesem Bereich liegt. In den nutzbaren Tiefen kann, abhängig von der lokalen Geologie, von einer Energieaufnahme von 25 bis 60 W pro Meter Bohrlochlänge ausgegangen werden. Grundwasser oder Abwasser mit einer Temperatur von mindestens 10 °C sind ebenfalls als Wärmelieferant möglich und können gegebenenfalls sogar die günstigere Alternative darstellen. Ein erster Prototyp wurde unter realen Bedingungen eingebaut wurde und erprobt. Die installierte geothermische Heizung mit Plattenwärmeübertragern ist für 1,8 kW Dauerleistung ausgelegt. Auf extreme Anforderungen reagiert die Anlage mit einer Leistungssteigerung. Mit weiteren konstruktiven Anpassungen sind bis zu 5 kW erreichbar. Die ersten Versuche nach der Installation zeigten, dass im vorliegenden Temperaturbereich durch Konvektion eine wesentlich effektivere Energienutzung möglich ist als durch Strahlung. Auf den Wärmeübertragern platzierte Eisstücke wurden bei Außentemperaturen um den Gefrierpunkt innerhalb weniger Minuten vollständig abgetaut. Mit diesem Versuch wurde auch das Abschmelzen von Eisstücken simuliert, die von Fahrzeugen herabfallen.
Geothermische Weichenheizung mit Wärmeohren
Geothermal switchpoint heating using heatpipes
ZEVrail Glasers Annalen ; 136 , 1/2 ; 4-13
2012
10 Seiten, 17 Bilder
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