地源熱泵道路融雪系統(tǒng)可靠性設計方法研究.pdf

1、冬季道路冰雪是影響交通暢通的重大安全隱患，全世界每年由于冰雪問題造成的直接經(jīng)濟損失年平均達數(shù)億元。然而，傳統(tǒng)的除雪方式卻有著許多弊端：破壞生態(tài)環(huán)境和道路橋梁結構，成本高、效率低等。因此，研究新的融雪方式具有重要的現(xiàn)實意義。在夏季，路表面吸收太陽輻射能，促使路面溫度過高，晝夜溫差太大，從而引發(fā)溫度應力，產生溫度裂縫，給道路的耐久性造成很大沖擊，影響其使用壽命。
　　 在對于當前世界能源、經(jīng)濟、環(huán)境和技術等因素進行綜合考慮的基礎上，

2、我們提出基于地源熱泵技術的道路融雪化冰系統(tǒng)。該系統(tǒng)是將地源熱泵和融雪化冰相結合的一種新的用能方式。該技術從地下巖土層中提取低位熱能，經(jīng)熱泵機組提升后，最終將熱量傳到路面，從而達到融雪化冰的需要。在夏季，埋管內流體將路面吸收的太陽輻射熱能“帶走”，通過熱泵技術儲存到地下，既控制路面溫度不至于過高，又能將夏季太陽能儲藏，供冬季融雪取用。
　　 本文通過地源熱泵道路融雪系統(tǒng)傳熱分析，建立傳熱數(shù)學模型，探討道路融雪傳熱機理，運用有限元分

3、析軟件模擬熱流體加熱道路體傳熱過程，研究道路溫度場分布和路面溫度變化趨勢，對比分析不同溫度熱流體作用下路面溫度場變化，綜合考慮節(jié)能和經(jīng)濟性，研究得到：熱水管埋置深度適宜為70mm至80mm；換熱管內熱流體適宜溫度為35℃至42℃，最佳預加熱時間為一小時。
　　 針對道路融雪耗能分析，研究路面融雪熱負荷與環(huán)境溫度、道路體溫度、風速等關系，結果表明：環(huán)境溫度和道路體溫度是影響路面融雪耗能量的關鍵因素。能耗量隨環(huán)境溫度變化幅度較大，且

4、隨著溫度的升高能耗量減少。
　　 通過道路融雪系統(tǒng)和地埋管換熱系統(tǒng)換熱量分析，建立道路融雪系統(tǒng)和地埋管系統(tǒng)數(shù)學關系模型，探討地源熱泵道路融雪系統(tǒng)常規(guī)設計方法。
　　 針對地源熱泵道路融雪系統(tǒng)影響因素隨機分析，提出地源熱泵道路融雪系統(tǒng)可靠性設計方法。并基于道路體熱阻隨機性和換熱管長變異性，提出融雪熱水管長可靠性設計公式。
　　 綜上所述，本文針對基于地源熱泵技術的道路融雪化冰系統(tǒng)進行了基礎應用研究，并提出了系統(tǒng)可靠