Prinzip des Bodengefrierens

Die Bodengefriertechnik / Baugrundvereisung bedient sich bei Baumaßnahmen dem Baustoff "gefrorener Boden". Um diesen gefrorenen Zustand künstlich herbeizuführen, werden in vorgegebenen Abständen Gefrierrohre in den Boden gebohrt oder gerammt. Durch diese Rohre strömt ein Kälteträger, der dem umgebenden Boden die Wärme entzieht. Es entstehen zylinderförmige Frostkörper, die sich mit den Gefrierkörpern der benachbarten Rohre zu gefrorenen Wänden oder Platten verbinden. Grundsätzlich können Frostkörper in beliebiger Form hergestellt werden, wenn die hierfür notwendigen Gefrierrohre in den passenden Positionen eingebracht werden. Kontrolliert und überwacht werden die Frostkörper durch Temperaturfühler innerhalb des gefrorenen Bereichs oder in angrenzenden Bauteilen.

Solevereisung

Bei der Solevereisung wird als Kälteträger eine wässrige Salzlösung, meist Kalziumchlorid, eingesetzt. In der Praxis wird die Sole-Lösung durch Kälteaggregate auf Temperaturen von -30 °C bis -40 °C abgekühlt und durch isolierte Rohrleitungen und Gefrierrohre im Kreislauf gefördert. Die kalte Sole-Lösung strömt durch Fallrohre in die Gefrierrohre und entzieht dem Boden die Wärme. Im Boden bilden sich zylinderförmige Frostkörper, die sich mit benachbarten Zylindern zu Wänden und Platten verbinden.

Die Geometrie der Frostkörper wird über die Anordnung der Gefrierrohre festgelegt. Bei einer Solevereisung muss für die Erstellung des Frostkörpers mit 20 bis 40 Tagen gerechnet werden. Die Beurteilung des Gefriervorgangs, der Temperaturen im Frostkörper sowie der Frostausdehnung erfolgt mit Sensoren in Temperaturmessrohren. Die Messdaten werden dezentral gespeichert und stehen jederzeit über eine Internetplattform zur Verfügung. Komplettiert wird die firmeneigene Anlagentechnik durch Kühltürme, Solebehälter, Pumpen und vorisolierte Rohrleitungen.

Wirtschaftliche Vorteile der Solevereisung gegenüber der Stickstoffvereisung ergeben sich bei großen Frostkörpervolumen und langen Haltezeiten. Wirtschaftliche Alternativen sind das Erstellen des Frostkörpers mit Stickstoff und ein Umstellen der Kälteversorgung für die Haltezeit auf eine Solevereisung.

Stickstoffvereisung

Bei der Stickstoffvereisung kommt als Kälteträger tiefkalt verflüssigter Stickstoff mit einer Temperatur von -196 °C zum Einsatz. Speziell ausgerüstete Tankwagen transportieren den flüssigen Stickstoff zur Baustelle, wo er in vakuumisolierten Tankanlagen zwischengelagert wird. Der flüssige Stickstoff strömt durch isolierte Rohrleitungen zu den Gefrierrohren und über ein Fallrohr zum Rohrtiefsten. Er verdampft beim Austritt aus dem Fallrohr, strömt durch das Gefrierrohr zurück, wird in Abgasleitungen gesammelt und am Abgasturm gasförmig in die Atmosphäre abgegeben.

Bei der Verdampfung entzieht der Stickstoff dem Boden Wärme. Es bilden sich Gefrierkörper. Magnetventile dosieren den Stickstoff temperaturgesteuert für jedes Gefrierrohr. Dadurch wird ein maßgeschneiderter Frostkörper erstellt. Die Beurteilung des Gefriervorgangs, der Temperaturen im Frostkörper sowie der Frostausdehnung erfolgt mit Sensoren in Temperaturmessrohren.

Die Messdaten werden dezentral gespeichert und stehen jederzeit über eine Internetplattform zur Verfügung. Vorteile der Stickstoffvereisung gegenüber der Solevereisung ergeben sich durch eine kurze Mobilisierungszeit und Aufgefrierdauer (meist 3 bis 7 Tage). Stickstoff ist ein Verbrauchsstoff. Der wirtschaftliche Einsatz ergibt sich bei kleinen Frostkörpervolumen und kurzen Haltezeiten. Eine Umrüstung nach dem Aufgefriervorgang mit Stickstoff auf eine Solevereisung ist möglich.

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