Eis- und Schneefreihaltung

Um Verkehrsflächen (Gehwege, Zufahrten von Gebäuden und Hofflächen, Parkplätze, Auf- und Abfahrrampen) und Sicherheitsbereiche (Feuerwehr- und Krankenhauszufahrten, Hubschrauberlandeplätze, Verkehrsbauten) in den Wintermonaten Eis- und Schneefrei zuhalten, ohne Einsatz von Maschinen, Personal und schädlicher Chemikalien dauerhaft begeh- und befahrbar zu halten und um der Verkehrssicherungspflicht nachzukommen, werden Flächenheizungen eingesetzt. Diese werden durch Rohrleitungen, wie sie bei Fußbodenheizungen eingesetzt werden, die mit einem Wasser-Glykol-Gemisch gefüllt sind, betrieben. Elektroheizmatten sollten, wenn überhaupt, nur für kleine Flächen angewendet werden.

Es werden immer wieder Systeme mit elektrischer Energie zur direkten Beheizung von Verkehrswegen eingesetzt, weil sie im Vergleich zur Beheizung mit einem Wasser-Glykol-Gemisch betriebenen Anlagen niedrigere  Investitionskosten haben. Hier werden aber die zu erwartenden Betriebskosten und die Haltbarkeit der Elektroheizleiter unter Einfluss größerer Temperaturschwankungen und Feuchtigkeit nicht beachtet. Außerdem sollte Strom aus Umweltschutzgründen zur direkten Beheizung nicht eingesetzt werden

Die Systeme zur Eis- und Schneefreihaltung sollten eine Energieversorgung aus Fernwärme oder alternative Energie (z. B. Erdwärme, Geothermie, Abwärme von Biogasanlagen, BHKW und Produktionsanlagen, Fortluftwärmepumpen) haben. Außerdem ist eine fachgerechte Planung und Auslegung notwendig. Dabei müssen folgende Randbedingungen abgeklärt werden.

 -Zuerst muss festgelegt werden, ob eine Frostfreihaltung und/oder Schneeabtauung vorgenommen werden soll.
- Die zu erwartenden Klima-, Witterungs- und Wetterbedingungen sind von geografische Lage (Windeinfluss und die Niederschlagswerte) der Anlage abhängig.
- Um den Wärmeverlustes an den Untergrund zu berechnen, müssen der Untergrund und der Grundwassereinfluss über ein Bodengutachten bekannt sein bzw. untersucht werden.
- Damit die Temperaturverteilung in der Fläche festgelegt werden kann, muss die passende baukonstruktive Gestaltung gewählt werden.
- Weil der Energieträger einen großen Einfluss auf die Systemtemperaturen und die Betriebsführung hat, muss dieser bestimmt werden.
- Am Ende wird ein geeignetes System gewählt und es werden Anschlussleitungen, Sperrzeiten und die Aufheizzeiten festgelegt.

Das Heizsystem, das eingesetzt werden soll, ist abhängig davon, ob ob nur eine Oberfläche oder eine Fläche (z. B. Parkplatz) bzw. ein Bauteil (z. B. Verladerampe) mit einem größeren Volumen erwärmt werden soll. Es ist also festzulegen, ob es sich um eine Oberflächenheizung oder Speicherheizung handeln soll.

Bei einer Oberflächenheizungen werden Strahlungsheizungssysteme oberhalb der Fläche oder oberflächennahe Systeme in der zu beheizenden Fläche voraus. Bei dieser Bauweise verringert sich die bei Speicherheizungen zu berücksichtigende und zu Speicherverlusten führende Trägheit. Bei den Speichersystemen, die tiefer unter der Oberfläche angeordnet sind, erwärmt sich eine relativ große Speichermasse.

Die Funktion der Eis- und Schneefreihaltung ist von der einwandfreien Abführung des Schmelzwassers abhängig. Damit das Wasser zügig abgeführt werden kann, müssen ausreichende Wasserabläufe eingeplant werden. Diese müssen so angelegt werden, dass das Wasser nicht zu den kalten Rändern der Fläche abläuft, damit es dort nicht zur Eisbildung kommen kann.

Unterhalb der eis- und schneefrei zu haltenende Fläche werden Rohrleitungen aus PE-Xa (17 x 2 mm oder 25 x 2,3 mm) mit einem Wasser-Glykol-Gemisch verlegt. Normalerweise beträgt der Glykolanteil ca. 30 % und ist dadurch bis zu Außentemperaturen von -20 °C abgesichert. Das Frostschutzmittel sollte lebensmittelecht  (z. B. Antifrogen L) sein, damit bei einer möglichen Leckage das Grundwasser nicht verunreinigt wird.

Das Heizregister sollte Rohrabstände von 15 bis max. 30 cm haben. Dabei gilt auch hier die Regel, wie bei den üblichen Flächenheizungen, je geringer der Rohrabstand ist, desto gleichmäßiger ist die Temperatur an der Oberfläche. Bei zusätzlichen Oberbelägen (z. B. Asphalt oder Kies), verringert sich die Wärmeabgabe bzw. muss die Systemtemperatur erhöht werden. Um Wärmeverlusten nach untern ins Erdreich zu mindern, sollte unter den Rohrleitungen eine feuchtigkeitsbeständige Wärmedämmung eingebracht werden.

Der Tragbeton, in dem die Heizregister verlegt werden, muss den statischen und konstruktiven Anforderungen sowie mindestens der Festigkeitsklasse B 25 nach DIN 1045 entsprechen. Die PE-Xa Rohre können keine statische Funktion übernehmen.

Die Deckschicht (Verschleißschicht) besteht in der Regel aus zementgebundene Hartstoffestriche mit den jeweiligen Schichtdicken nach den Beanspruchungsgruppen (DIN 18560 Blatt 5).

Die Deckschicht, z. B. einer Fahrbahn oder Rampe, ist entsprechend den zu erwartenden Belastungen zu berechnen. Die Trägermatte kann in die Berechnung mit einbezogen werden. Bei Asphaltdecken ist sicher zustellen, dass kein heißer Asphalt an die Rohrleitungen gelangt (z. B. durch Anordnung eines Schutzestrichs).

Durch die Verwendung von chemischen Zusätzen im Rohrregister werden die Heizkreise durch einen Wärmetauscher (Systemtrennung) vom Wärmeerzeuger bzw. von dem restlichen Heizsystem getrennt. Das Rohrnetz und die Umwälzpumpe im Sekundärkreis müssen auf das verwendete Wasser-Glykol-Gemisch ausgelegt werden, da sich die Flüssigkeit aufgrund der Viskosität (Zähigkeit), temperaturabhängige Dichte und die spezifische Wärmekapazität gegenüber Wassersystemen erheblich anders verhalten. Die  Systeme für Wasser-Glykol-Gemische werden gegenüber wasserführenden Systemen mit größeren Dimensionen und kürzeren Heizkreisen ausgelegt.

Eine Regelgruppe für eine Freiflächenheizung sollte Temperatur- und Feuchtefühler enthalten, damit über ein angesteuertes Durchgangsventil der primärseitigen Durchfluss in Abhängigkeit der erforderlichen Heizwärmestromdichte beeinflusst werden kann.

Der Einschaltzeitpunkt der Anlage wird über das Erreichen einer am Regler einzustellenden Außentemperatur definiert (erster Temperaturschwellenwert), bei deren Unterschreitung eine Frostgefahr wahrscheinlich ist. In der Regel können bei Schneefall eine Außentemperatur von weniger als –5 °C angenommen werden. Über einen Bodenfühler wird die oberflächennahe Temperatur der Freifläche kontrolliert. Hierzu ist ein zweiter Temperaturschwellenwert zur Regelung der Anlage festzulegen. Der Bodenfühler sollte leicht ausgetauschbar und an einer für die eis- und schneefrei zu haltende Freifläche relevanten Stelle angeordnet sein.

Glatteis bildet sich normalerweise im Außentemperaturbereich zwischen 0 °C und -6 °C. Aber wenn eine Fläche noch unter 0 °C liegt, so kann auch bei höheren Außentemperaturen bei Regen eine Eisbildung stattfinden. Deswegen sollte zur Temperaturmessung immer eine Feuchtemessung durchgeführt werden.

Besonders  bei Speichersystemen sollte eine Mindestheizzeit eingestellt werden, damit nach dem Abtauen eine schnelle Wiedervereisung vermieden wird. Problematisch kann die Trägheit des Systems sein, weil sich abzeichnender Gefahr von Frostbildung oder Schneefall die Anlage zunächst ausgeschaltet bleibt und bei tatsächlich aufkommenden Schneefällen oder Blitzeis die Anlage dann in sehr kurzen Zeiten ausreichend hohe Oberflächentemperaturen erzeugt, um drohende Eis- und Schneeglätte zu vermeiden.

Rasenheizungen werden hauptsächlich in Sportstadien eingebaut, um die Rasenflächen eis- und schneefrei zu halten. Schon in den 70er Jahren des letzten Jahrhunderts wurden in den ersten Stadien Rasenheizungen eingebaut. Inzwischen müssen die Fußballstadien der 1. und 2. Liga mit einer Rasenheizung ausgestattet werden.

Bei der Nachrüstung einer Rasenheizung werden die Rohre mit speziellen Geräten, wie sie bei dem Einziehen der Dränrohre in Ackerland in Nassgebieten benutzt werden, in die Rasendecke eingezogen. Dies ist jadoch nur möglich, wenn das später abtauende Wasser von der Spielfläche abgeführt werden kann. Wenn die Rasenfläche keine Dränage bzw. ausreichendes Gefälle (zwischen 0,5 % und 1 %) hat, muss vorher eine Sanierung des Platzes stattfinden. Außerdem müssen die Rohre ausreichend tief eingebettet werden, damit sie bei der Rasenpflege (Bodenlockerung) und Spielfeldmarkierung nicht beschädigt werden. Damit die Gefahr eines „Verbrennens” der Rasenwurzel vermieden wird, dürfen die Rohrleitungen nicht zu dicht an der Oberfläche verlegt sein, da die Anlagen mit Temperaturen bis zu 40 °C gefahren werden.

Die Probleme, die bei einer Nachrüstung einer Rasenheizung bestehen, sollten bei einem Neubau ausgeschlossen werden. Hier sollten die Landschaftsarchitekten und Heizungs-Fachplaner schon bei der Planung zusammenarbeiten. Gefordert wird  eine strapazierfähige und pflegeleichte Rasendecke und ein energiesparender Betrieb der Anlage.

Bei der Anordnung der Rohrleitungen wird zwischen zwei Varianten unterschieden. Bei der thermisch günstigen Variante werden die Rohrleitungen (Heizregister) im Mutterboden verlegt, da dieser eine gute Wärmeleitfähigkeit hat. Ungünstiger ist das Verlegen der Rohrleitungen in der Dränageschicht.

Der Aufbau einer Rasenheizung sollte so geplant werden, dass eine gute Wärmeleitung von dem Heizregister bis zur Oberfläche vorhanden ist, denn nur dadurch können niedrige Systemtemperaturen und ein schnelles Aufheizen gewährleistet werden. Außerdem sollte die Rohrüberdeckung so gering wie möglich sein. Unter dem Heizregister sollten möglichst wärmedämmende Schichten angeordnet werden, damit der Wärmetransport in grundwasserdurchsetzte Erdreich vermindert wird.

Bei der Planung einer Rasenheizung ist besonders auf die regionalen Gegebenheiten vor Ort geachtet werden. So hat z. B. das Wetter, die  Verschattung und Windanfälligkeit des Rasens einen großen Einfluss auf die Auslegung der Heizkreise.

Eine Rasenheizung sollte nicht für extrem niedrige Außentemperaturen ausgelegt werden, da starke Schneefälle selten bei tiefen Temperaturen (erheblich unter 0 °C) auftreten.

In jedem Fall sollte eine gute Wärmeleitung von der Ebene der Rohrregister bis zur Oberfläche vorhanden sein. Dann gelten folgende wärmetechnische Parameter der Schnee- und Eisfreihaltung von Rasenflächen:

Stationäre Aufheizleistung
etwa 150 W/m²
Dynamische Aufheizleistung
bis etwa 250 W/m²
Vor- und Rücklauftemperatur
etwa 40 °C / 30 °C

Damit an der Oberfläche keine zu große Temperaturwelligkeit auftritt, sollten die Rohrleitungen mit einem Verlegeabstand < 30 cm und eine Tiefe zwischen 25 bis 30 cm verlegt werden. Bei größerenen Abständen besteht die Gefahr der Teilvereisung an der Oberfläche zwischen den Rohren.

Die Regelung der Eis- und Schneefreihaltung für Rasenflächen muss besonders sorgfältig ausgewählt werden. Das Ein- und Ausschalten und  die richtige Wahl der Systemtemperaturen der Anlage muss genau eingehalten werden.