Mit einem Frostfreihaltungssystem die Bildung von Eiszapfen an Brücken verhindern

23.02.2021 | Druckvorschau

Bild 1: Das neue Verwaltungsgebäude PumaVision II (rechts) erfüllt die gleichen hohen Umweltstandards wie das PumaVision Headquarter (links): Eine Betonkerntemperierung sorgt in Verbindung mit Luft/Wasser-Wärmepumpen für eine energiesparende Beheizung und Kühlung. Eine Regenwassernutzungsanlage stellt den Großteil des Spülwassers für die WC-Anlagen bereit. - © Maximilian Maug / PUMA — © Maximilian Maug / PUMA

Bild 1: Das neue Verwaltungsgebäude PumaVision II (rechts) erfüllt die gleichen hohen Umweltstandards wie das PumaVision Headquarter (links): Eine Betonkerntemperierung sorgt in Verbindung mit Luft/Wasser-Wärmepumpen für eine energiesparende Beheizung und Kühlung. Eine Regenwassernutzungsanlage stellt den Großteil des Spülwassers für die WC-Anlagen bereit.

Ein Frostfreihaltungssystem verhindert im Winter die Bildung von Eiszapfen, die auf die Straße oder die Gehwege herabfallen könnten. Im folgenden Beitrag anhand einer Brücke, die über eine Autobahn führt erklärt.

173 t Gewicht, eine Spannweite von 85 m, getragen von einem 37 m hohen Stahlpylon und zwölf Stahlseilen, die die enormen Lasten ableiten – die Puma-Brücke (Bild 2) ist sowohl architektonisch als auch statisch einzigartig. Als moderne Stahl-Glas-Konstruktion steht sie ganz im Einklang mit den Bürogebäuden und bietet kurze Wege für die Mitarbeiter. Die neue Brücke verbindet jeweils das vierte Obergeschoss des PumaVision Headquarters und des Verwaltungsneubaus PumaVision II (Bild 1).

Als Skywalk gehört die Puma-Brücke zum Innenraum, 9 m über der Stadtautobahn von Herzogenaurach schwebend. Für die technische Detailplanung und Umsetzung des Bauwerks arbeitete das Architekturbüro Krex Architekten aus Nürnberg eng mit dem Ingenieurbüro HTP Haustechnik Projekt aus Nürnberg und Stahlbau Lamparter aus Kaufungen zusammen. Die Brücke wurde in vier vormontierten Schüben im Werk des Stahlbauers gefertigt und vor Ort per Autokran zusammengesetzt.

Bild 2: Auf der Unterseite der Puma-Brücke sind beidseitig auf 85 m Länge Heizbänder installiert: Regen- und Schmelzwasser können so in der Frostperiode abfließen und Eiszapfen gar nicht erst entstehen.

Eiszapfenbildung an Brückenunterkanten: Sicherheit durch Frostfreihaltung

Bild 3: Das AEG-Heizband SLH, im Bild als Rohrbegleitheizung eingesetzt, besteht aus zwei parallel geführten Kupferleitern, die durch ein Kunststoff-Halbleiterelement getrennt sind. Der Widerstand der Halbleiter-matrix ist temperaturabhängig. Durch diese Selbstlimitierung reagiert die Heizleitung an jedem Punkt auf örtliche Temperaturunterschiede. Die Isolierung und das Schutzgeflecht sorgen für höchste Sicherheit, der Außenmantel ist UV-beständig. Erhältlich ist das AEG-Heizband SLH mit 10, 15, und 25 W/m Heizleistung.

Im Winter ist das Unfallrisiko unter Brücken erheblich höher als auf anderen Straßenabschnitten. Insbesondere bei überdachten und umbauten Brücken wird in der Kälteperiode herablaufendes Regen- oder Schmelzwasser zur Gefahr. Durch die Wechselwirkung von Frost und Sonneneinstrahlung entstehen Rinnsale, die bei sinkenden Temperaturen gefrieren. Die Folge: Eiszapfenbildung entlang der Brückenunterkanten.

Stürzen die Eiszapfen nach unten, besteht für Autofahrer Lebensgefahr. Deshalb werden im Brückenbau vermehrt selbstregulierende bzw. selbstlimitierende Heizbänder eingesetzt. Diese sind so konstruiert, dass sie ihre Wärmeabgabe der Umgebungstemperatur anpassen: Bei Kälte steigt die Heizleistung, um die Frostfreihaltung zu gewährleisten.

Selbstlimitierendes Heizband

Für die Puma-Brücke in Herzogenaurach entschieden sich die Planer für das selbstlimitierende Heizband von AEG Haustechnik (Bild 3). Es besteht aus zwei parallel geführten Kupferleitern (Versorgungsleiter), die durch ein spezielles Kunststoff-Halbleiterelement (Heizelement) voneinander getrennt sind. Bei niedrigen Temperaturen nimmt der elektrische Widerstand der Halbleitermatrix ab, wodurch die Leistungsabgabe des Heizbands lokal steigt. Bei steigenden Temperaturen nimmt der Widerstand zu, wodurch der Energieverbrauch und die Wärmeabgabe sinken.

Bild 4: Bei der Frostfreihaltung der Puma-Brücke gewährleistet der AEG-Außentemperaturregler ATE 30 T einen geringen Energieverbrauch. Das Heizband wird erst freigeschaltet, wenn Frostgefahr besteht.

Bei der Vorfertigung der Puma-Brücke wurden an der Unterseite des Brückenbodens beidseitig innenliegende Rinnen vorgesehen, in denen das Heizband geführt ist. Das Heizkabel verläuft somit rechts und links auf der gesamten Brückenlänge, außerdem in den Fallrohren entlang der beiden Puma-Gebäude. So sind 220 m AEG-Heizband SLH mit einer Heizleistung von bis zu 15 W/m für die Brücke zum Einsatz gekommen. Die Ansteuerung der Heizbänder über eine temperaturgeführte Regelung spart erheblich Betriebskosten. Zur Frostfreihaltung schaltet der Außentemperaturregler (Bild 4) das Heizband erst dann ein, wenn die Umgebungstemperatur unter + 3 °C sinkt.

Außenliegende Rohrbegleitheizung

Für den Verwaltungsneubau, der im Frühjahr 2018 bezugsfertig wurde, entschieden sich Bauherr und Planer ebenfalls für die Installation des selbstlimitierenden AEG-Heizbands SLH und wählten auch hier eine Heizleistung von 15 W/m. Anwendung fanden die robusten Heizbänder auf dem Dach des neuen Verwaltungsgebäudes.

Hier befinden sich Haustechnikleitungen, unter anderem Kühlwasserleitungen, die vor Frost geschützt werden müssen. Da aus Platzgründen kein Zirkulationssystem vorgesehen werden konnte, war die Rohrbegleitheizung eine sichere Alternative. Rund 840 m mit einer Heizleistung von 15 W/m wurden an außenliegenden Rohrleitungen installiert. Sie übernehmen die dauerhafte Frostfreihaltung.

Das AEG-Frostfreihaltungssystem ermöglicht eine äußerst flexible Anwendung. Die Montage erfolgt schnell und einfach mit Aluminiumklebeband (ohne Weichmacher). Jeweils ein Heizleiter verläuft parallel zum Rohr unter der Dämmung.