融雪化冰路面新技术完整资料课件.pptx

1、成员：背景耗费大量的人力物力财力来融雪化冰3融雪化冰新技术清除法安全环保影响交通，效率较低，适用范围较小化学融化法优点：优点：来源广泛、价格便宜、效果好，且可以起防滑作用。缺点：缺点：对环境造成严重污染和破坏，破坏土壤结构、周围植被、区域水源以及大气环境；同时对路桥、运载工具造成严重腐蚀，破坏路面结构（钢筋、混凝土、沥青等）和腐蚀金属（汽车、地下管线等），可能造成巨大经济损失常用盐类：常用盐类：尿素、钙镁乙酸盐、乙烯二醇（相对效果好，昂贵）、醋酸钙镁盐热熔法热熔法绿色太阳能融雪化冰微波加热法循环热流体加热导电混凝土加热（碳纤维）发热电缆优点：融雪效果好、无腐蚀无污染、社会经济效益明显导电混凝土

2、导电混凝土导电混凝土根据胶凝材料胶凝材料的不同无机类无机类（如水泥导电混凝土和水玻璃导电混凝土）有机类有机类（如沥青导电混凝土和数树脂导电混凝土）复合类复合类（如聚合物导电混凝土和浸渍导电混凝土）2 导电相材料的技术要求导电相材料的技术要求良好的导电性 足够的机械强度温度稳定性 具有抗氧化作用导电象和胶凝材料的线膨胀系数值必须相近具有合适的形状和大小来混掺到混凝土中3常用导电相材料常用导电相材料碳纤维（高强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、导电传热，热膨胀系数小等优异性能）石墨 炭黑钢纤维及钢屑1 分类分类碳纤维（高强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、导电传热，热膨胀系数小等优异性能）

3、将一对电极嵌在发热混凝土宽度方向的两端。能够提高除冰效率目前国内已经开始拥有发热电缆制造技术，该技术在我国道路行业的推广仍有待研究。（2）在沥青混凝土上覆盖吸波性能好材料后大幅提升除冰效率,社会经济效益明显250-400W/。其中应用最广泛和发展最快的是地板辐射采暖系统，缺点：影响交通，效率较低，适用范围较小3 瞬间升温，没有余热，能耗低夏季蓄能时，通常情况下，将热泵短接，不需要其工作，流体吸收道路的热量后，在循环水泵的作用下，直接进入地下换热器，与土壤换热后，再流进道路吸热。耗费大量的人力物力财力来融雪化冰（1）应用铁磁性道路材料能够有效提高微波除冰效率注：4为高压压机，5为电极，外表面上的

4、所有区域覆盖有绝缘树脂。发热电缆是利用电流通过可导电材料产生受到电阻的阻碍将电能转化为热能的原理制成的，是将可导电材料通过特殊工艺封装的发热体。日本国家资源环境研究所(NIRE)于 1995年在日本二户市建造了首例全自动路面集热蓄能式循环热流体融雪化冰系统,即 Gaia工程。导电混凝土路面2 原理通过按特定比例将粉末状碳材料和未硬化的混凝土混合，然后用高压压机在约980千牛的压力按压它,使其失去水分并形成所需形状。将一对电极嵌在发热混凝土宽度方向的两端。发热混凝土体的外表面覆盖有一绝缘涂层。为了在施加100V的电压下发热混凝土体获得40W或更大的加热功率，通过控制碳材料用量通过控制碳材料用量（

5、1.8%左右），获得良好的导电性并保证必要的强度（电阻533）导电混凝土路面结构将石墨和未硬化混凝土混合加铺普通混凝土层和隔热层的路面结构制作步骤制作步骤注：4为高压压机，5为电极，外表面上的所有区域覆盖有绝缘树脂。结论结论：通电一段时间后，导电混凝土路面平均温度比周围空气温度高10左右，路表温度可以上升到雪的融点以上，能够成功将冰雪融化，而且整个加热过程导电材料的电阻稳定。导电混凝土路面融雪效果融雪过程电阻变化情况发热电缆缺点：虽然发热电缆融冰雪用于交通领域较为广泛,但它存在融冰雪所需功率太大(耗能大)，融化效率相对太小，寿命较短，加热温度对沥青路面影响较大的问题。发热电缆加热系统具有无污染

6、、运行费用低、热稳定性好、控制方便等优势。发热电缆的组成、各部分功能：发热电缆是利用电流通过可导电材料产生受到电阻的阻碍将电能转化为热能的原理制成的，是将可导电材料通过特殊工艺封装的发热体。如图，发热电缆一般由以下几个部分构成：发热体、绝缘体、接地导线、金属屏蔽层、防水护套，有些场合的电缆还有金属加强护套。发热电缆发热电缆发热电缆的应用及研究现状近几年来，芬兰、丹麦、挪威、俄罗斯等国已经有不少单位进行发热电缆的制造、安装和技术研究工作，他们对于发热电缆的设计、材料、施工安装、检验、调试和验收都已经具备了相当丰富的经验。发热电缆低温辐射系统以其特有的优势,很快得到了广泛的应用，如地板辐射采暖系统

7、，管道伴热系统，足球场、草坪、花坛供热系统，特殊建筑（如厂房、机库等）供热系统，屋顶及屋顶天沟冰雪融化系统等。其中应用最广泛和发展最快的是地板辐射采暖系统，国内外许多机场、体育馆、大型居住小区等都采用了电热辐射采暖技术。发热电缆用于路面融雪化冰在国外（如北欧国家）已有应用，但对工程应用一些主要的问题包括如何进行实际工程设计没有见到有关的标准和详细报导。目前国内已经开始拥有发热电缆制造技术，该技术在我国道路行业的推广仍有待研究。发热电缆发热电缆的铺装：发热电缆的铺装方式一般为蛇形铺装，其工艺要求如下图所示。发热电缆在车道的融冰雪安装有两种方式，一种方式是用暖线覆盖整个区域，这种方式适用于主车道的

8、高流量区；另一种方式是只在车轮区安装，这种适用于小区域如私人车库车道。用于道路融雪化冰的发热电缆系统属于间歇运行方式，一般推荐铺装功率为250-400W/。发热电缆化冰效果化冰效果初状态2小时后3小时后5小时后绿色太阳能融雪化冰绿色太阳能融雪化冰两种实现形式太阳能存储转换系统给埋置在路面内的电管加热太阳能加热低温不冻结的液体，液体通过路面导管循环加热三个关键技术混凝土导热性能隔热层材料太阳能管网设置绿色太阳能融雪化冰绿色太阳能融雪化冰导热系数：钢纤维混凝土素混凝土碳纤维混凝土素混凝土导热系数随水灰比的增大先增加后减小，随砂率增大而减小隔热材料：钢纤维掺量越高，钢纤维混凝土导热性越好改善层间粘结

9、状态XPS板（挤塑聚苯乙烯板）绿色太阳能融雪化冰绿色太阳能融雪化冰管网布置：绿色太阳能融雪化冰绿色太阳能融雪化冰应用：G318工布江达段到墨竹工卡搭建太阳能电池板太阳能电池埋置绿色太阳能融雪化冰绿色太阳能融雪化冰试验路效果评价：(1)输出功率133W，电压40V，积雪厚5cm(2)输出功率300W，电压61V，积雪厚5cm微波加热融雪技术微波加热融雪技术1 里外同时加热，温度均匀，速度较快2 穿通性和选择性强3 瞬间升温，没有余热，能耗低4 不影响道路路用性能优点：原理：当用微波加热冰雪路面时，由于冰的介电常数很小，冰层基本不吸收微波。故微波能量可以直接穿过冰层，加热路面材料，路面和冰层之间的

10、少量水因大量吸收微波能量而蒸发，从而使冰层和路面的结合力大大降低了，再辅以机械除冰装置，很容易破碎和剥离冰层，可以实现快速有效清除冰雪。微波加热融雪技术微波加热融雪技术微波除冰车：微波加热融雪技术微波加热融雪技术关键技术：关键技术：2 加热方式（1）间歇式加热好于持续加热除冰效果，采用间歇式加热，每次间歇时间为10秒 加热除冰效果最好。（2）连续加热完后再间歇优于加热、间歇交错进行，加热结束后,表面温度仍然在 上升,在加热结束30s左右除冰,效果最佳（1）5.8GHz频段微波除冰效率是2.45GHz频段微波的4一6倍，提高微波频率，能够提高除冰效率（2）沥青混凝土能更好地吸收5.8GHz频段微

11、波1 微波频率微波加热融雪技术微波加热融雪技术（1）水泥混凝土吸收微波性能优于沥青混凝土,加热16分钟,距表面60mm范围内,平均温升高约60（2）水泥混凝土试样除冰效率是沥青混凝土试样的一倍3 道路材料关键技术：关键技术：微波加热融雪技术微波加热融雪技术关键技术：关键技术：（1）冰厚为50mm、30mm和20mm时,冰层和路面结合处温度到达0所需的 时间基本相同（2）冰厚为10mm和5mm时,冰层和路面结合处温度到达0所需的时间分别为 139s和112s,相对于50mm冰层除冰效率变化有限。（3）对于微波除冰,冰厚对除冰效率影响很小,体现了微波除厚冰层的优势。4 不同冰厚的影响微波加热融雪技

12、术微波加热融雪技术关键技术：关键技术：（1）应用铁磁性道路材料能够有效提高微波除冰效率（2）在沥青混凝土上覆盖吸波性能好材料后大幅提升除冰效率,使用覆层试样提高了除冰效率约5倍。5 铁磁矿石应用于提升微波除冰效率循环热流体加热循环热流体加热循环热流体加热方法即预先埋设管道，通过管道内流动的热流体将热量传递给路面，从而融化路面积雪和结冰。常用方法地热管法地热管法：通过热管的毛细作用将地下热量传递到道路路面上热流体法热流体法：利用夏季高温路面，将热量储存于地下，冬季时再将夏季储存的热量提取循环热流体加热循环热流体加热发展现状：发展现状：1948年,美国就开展尝试利用地下热水的路面融雪化冰技术,并在

13、美国俄勒冈州 Klamath的一段 140 m的道路上实施试验工程,并于1998年进行全面升级更换了路面和管网，更新了循环水泵。1980年开始,冰岛国也利用丰富的地热水资源,推广道路融雪化冰工程应用,目前全国利用面积达74万m2,其中首都雷克亚未克地区达 46万m2 美国 Oklahoma State University(OSU)大学,从 1998年开始,开展路桥热流体循环融雪化冰技术的研究工作,在 OSU建立了目前世界上最大的路桥专用实验系统。将路面作为太阳能集热系统 开展融雪化冰和集热蓄热过程的研究。日本国家资源环境研究所(NIRE)于 1995年在日本二户市建造了首例全自动路面集热蓄能

14、式循环热流体融雪化冰系统,即 Gaia工程。国外发展循环热流体加热循环热流体加热2007 年，大连理工大学利用商业软件对夏季路基集热进行初步的模拟计算，得出逐时路面平均温度、集热量和出口温度等参数的变化情况。武汉理工大学实验研究了导热沥青混凝土的性能，得出在沥青混凝图中加入适量的石墨可以大大提高其导热能力，并用模型验证了其结论。国内发展近年来,武汉理工大学、天津大学、北京工业大学等单位相继开始不同形式的热融雪化冰技术研究和探索。分别在碳纤维导电混凝土热融雪化冰、太阳能-土壤蓄热的融冰技术,以及发热电缆用于路面融雪化冰等方面开展探索研究。1997 年，吉林大学研究者高一平率先提出太阳能蓄热融雪化

15、冰在我国北方应用设想，总体分析我国三北（东北、华北、西北）地区路面太阳能集热融雪的概况循环热流体加热循环热流体加热循环热流体集热蓄能融雪化冰系统分为两大部分，一部分为道路部分，由热泵冷凝器、循环水泵和加热管网组成；另一部分为地下部分，由地下换热器、循环水泵和热泵蒸发器组成。从功能上来说，循环热流体加热系统分为以下几部分：路面融雪化冰模块、热泵模块、地下换热器模块、水泵模块、道路集热蓄能模块循环热流体加热循环热流体加热冬季冬季融雪时，在道路部分，载热流体经过热泵冷凝器加热后，在循环水泵的作用下进入加热管网放热，再回到冷凝器加热，如此反复循环，将道路积雪融化。在地下部分，载热流体经过地下换热器吸热

16、后，在循环水泵的作用下进入热泵蒸发器放热，最后又进入地下换热器进行吸热，如此反复循环，不断将地下热量提取。夏季夏季蓄能时，通常情况下，将热泵短接，不需要其工作，流体吸收道路的热量后，在循环水泵的作用下，直接进入地下换热器，与土壤换热后，再流进道路吸热。如此反复循环，不断把道路所集热量传递到地下。效果好，且可以起防滑作用。将一对电极嵌在发热混凝土宽度方向的两端。同时对路桥、运载工具造成严重腐蚀，破坏路面结构（钢筋、混凝土、沥青等）和腐蚀金属（汽车、地下管线等），可能造成巨大经济损失冬季融雪时，在道路部分，载热流体经过热泵冷凝器加热后，在循环水泵的作用下进入加热管网放热，再回到冷凝器加热，如此反复

17、循环，将道路积雪融化。石墨 炭黑钢纤维及钢屑路面融雪化冰模块、热泵模块、地下换热器模块、水泵模块、道路集热蓄能模块复合类（如聚合物导电混凝土和浸渍导电混凝土）耗费大量的人力物力财力来融雪化冰发热电缆用于路面融雪化冰在国外（如北欧国家）已有应用，但对工程应用一些主要的问题包括如何进行实际工程设计没有见到有关的标准和详细报导。如图，发热电缆一般由以下几个部分构成：发热体、绝缘体、接地导线、金属屏蔽层、防水护套，有些场合的电缆还有金属加强护套。循环热流体集热蓄能融雪化冰系统分为两大部分，一部分为道路部分，由热泵冷凝器、循环水泵和加热管网组成；（2）沥青混凝土能更好地吸收5.缺点：影响交通，效率较低，

18、适用范围较小在地下部分，载热流体经过地下换热器吸热后，在循环水泵的作用下进入热泵蒸发器放热，最后又进入地下换热器进行吸热，如此反复循环，不断将地下热量提取。（2）在沥青混凝土上覆盖吸波性能好材料后大幅提升除冰效率,当用微波加热冰雪路面时，由于冰的介电常数很小，冰层基本不吸收碳纤维（高强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、导电传热，热膨胀系数小等优异性能）目前国内已经开始拥有发热电缆制造技术，该技术在我国道路行业的推广仍有待研究。1 里外同时加热，温度均匀，速度较快循环热流体加热循环热流体加热美国Wall桥地热融雪化冰系统俄勒冈市理工学院瑞士A8 高速公路背景耗费大量的人力物力财力来融雪化冰3

19、5融雪化冰新技术热熔法热熔法绿色太阳能融雪化冰微波加热法循环热流体加热导电混凝土加热（碳纤维）发热电缆优点：融雪效果好、无腐蚀无污染、社会经济效益明显绿色太阳能融雪化冰绿色太阳能融雪化冰导热系数：钢纤维混凝土素混凝土碳纤维混凝土素混凝土导热系数随水灰比的增大先增加后减小，随砂率增大而减小隔热材料：钢纤维掺量越高，钢纤维混凝土导热性越好改善层间粘结状态XPS板（挤塑聚苯乙烯板）绿色太阳能融雪化冰绿色太阳能融雪化冰管网布置：微波加热融雪技术微波加热融雪技术关键技术：关键技术：（1）应用铁磁性道路材料能够有效提高微波除冰效率（2）在沥青混凝土上覆盖吸波性能好材料后大幅提升除冰效率,使用覆层试样提高了除冰效率约5倍。5 铁磁矿石应用于提升微波除冰效率