Thermodynamische Analyse japanischer Straßenbeläge zur Minderung des Heat-Island-Phänomens: Fid-Bau Portal

Thermodynamische Analyse japanischer Straßenbeläge zur Minderung des Heat-Island-Phänomens

Weise, F. / Müller, R. / Recknagel, C. / Rudolphi, R. / Vater, E.J.

In japanischen Großstädten traten vermehrt Schäden an Straßenbelägen infolge des 'Heat-Island-Phänomens' auf. Das Phänomen ist dadurch charakterisiert, dass an heißen Sommertagen die Temperatur in Ballungsräumen erheblich höher sein kann, als in ländlichen Gebieten. Diese verstärkte thermische Einwirkung führt bei bituminösen Straßenbelägen in Verbindung mit hohen Verkehrsbelastung zur Spurrinnenbildung. Zusätzlich treten in den so vorgeschädigten Bereichen bei winterlicher Abkühlung und hoher mechanischer Belastung Längsrisse auf. Diese Erscheinungen wurden in der BAM analysiert, mit dem Ziel, einen neuartigen Straßenbelag zu entwickeln. Eine zentrale Rolle kam dabei der thermodynamischen Betrachtung der Fahrbahnkonstruktion zu. Im einzelnen werden dazu Möglichkeiten zur Absenkung der Oberflächentemperatur des Straßenbelages aufgezeigt und auf der Grundlage instationärer thermodynamischer Simulationsrechnungen mit einem eigens dazu entwickelten Rechenprogramm bewertet. Ausgangspunkt der Betrachtung ist ein Wärmeflussdiagramm. Daraus wurden zwei Lösungsansätze zur Verminderung der Oberflächentemperatur der Fahrbahn zur Reduzierung der Spurrinnenbildung abgeleitet: (1) Aufhellung der Fahrbahnoberfläche sowie (2) Erhöhung des Wärmeleit- und Wärmespeichervermögens der einzelnen Schichten des Straßenbelags. Die Bewertung beider Lösungsansätze erfolgte mit dem thermischen Simulationsprogramms und einer darauf aufbauenden Parameterstudie. Die errechnete Regressionsfunktion ermöglichte eine Abschätzung der Einflussparameter, wie albedo der Fahrbahnoberfläche, Wärmeleitfähigkeiten und Rohdichten der einzelnen Konstruktionsschichten sowie ihre Wechselwirkung auf die Oberflächentemperatur des Straßenbelags. Den mit Abstand größten Einfluss übt die Aufhellung der Straßenoberfläche auf die Verminderung der Oberflächentemperatur aus. Die praktische Umsetzung hierzu wäre bspw. mit einer Oberflächenbehandlung oder mit einer partiellen bzw. vollständigen Modifikation einzelner Bestandteile der Deckschicht möglich.