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熱管融雪技術(shù)應(yīng)用大興機(jī)場，助力“鳳凰展翅”

來源：家居百科時間：2020年03月25日 13:26

??-低溫?zé)峁芗夹g(shù)讓全球道路融雪變得更容易、更節(jié)能、更省錢

??發(fā)展新能源技術(shù),開發(fā)使用可再生能源是國家能源戰(zhàn)略的重要方面丄幻。2008年和2009年,分別在中國南部和北部地區(qū)發(fā)生嚴(yán)重雪災(zāi),鐵路、公路和航空運(yùn)輸幾乎完全癱瘓。當(dāng)前的道路除雪方式有機(jī) 械吹掃、化學(xué)融雪和電加熱融雪等外對,這些除雪方法普遍運(yùn)行成本較高,其中化學(xué)融雪法對環(huán)境有很大的危害。開發(fā)一種穩(wěn)定、無污染和維護(hù)成本低的道路融雪系統(tǒng)將具有重要意義。淺層地?zé)豳Y源分布廣泛⑹,將土壤恒溫層內(nèi)積蓄的熱量傳遞到路面,可在無需外加熱源的情況下防止道路積雪,并能避免對環(huán)境的不良影響。

??熱管是一種高效的傳熱元件,已在能源、化工等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用;如何應(yīng)用低溫?zé)峁芗夹g(shù)在道路融雪方面有所突破呢?設(shè)計(jì)一種“地?zé)釤峁艿缆?融雪系統(tǒng)”:冬季,熱管將土壤中積蓄的熱量傳遞到路面;夏季,熱管停止工作,熱管周圍的土壤從恒溫層和上層土壤中吸收熱量,重新完成熱量的積蓄。熱管的傳熱機(jī)理十分復(fù)雜,目前尚沒有成熟的數(shù)值方法對其工作過程進(jìn)行數(shù)值模擬。通過對熱管傳熱機(jī)理和熱阻的分析,建立地?zé)岬缆啡谘┫到y(tǒng)的物理模型。對路面及土壤中的溫度場進(jìn)行數(shù)值模擬,驗(yàn)證“地?zé)釤峁艿缆啡谘┫到y(tǒng)”的運(yùn)行效果。該系統(tǒng)應(yīng)用于高速公路、機(jī)場跑道、廣場和生活小區(qū)能有效消除道路積雪,具有重要的工程應(yīng)用價值。

??道路因高溫和結(jié)冰產(chǎn)生的路況問題對交通安全造成巨大隱患。夏季瀝青路面不斷釋放熱量,加劇城市的熱島效應(yīng)。目前國內(nèi)外對道路降溫研究集中于路面涂反射涂料、保水涂料等,但鋪設(shè)效率低、造價高昂、使用性能不穩(wěn)定。針對冬季路面積雪結(jié)冰,我國目前主要用融雪劑和機(jī)械除雪等。這會導(dǎo)致路面破壞增多,縮短使用壽命。

??針對路面的高溫、積雪結(jié)冰問題,將重力熱管技術(shù)應(yīng)用到道路上,運(yùn)用合理的管路設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)水的循環(huán)和熱能的傳遞。該系統(tǒng)利用重力熱管可實(shí)現(xiàn)夏季瀝青路面的降溫和冬季路面的融冰的功能,降溫時輸出熱水熱能可利用,除雪時更節(jié)能環(huán)保,同時也提出了延長道路壽命和緩解城市熱島效應(yīng)的新方法。同時節(jié)約能源,環(huán)保高效可再生,發(fā)展前景巨大。

??重力低溫?zé)峁苁茄b入少量液體的豎直真空密封管子,管子的下端加熱時下端的液體蒸發(fā),以高速向上部移動,當(dāng)與溫度較低的上端管壁接觸后,冷凝成液體。液體靠重力作用沿管子內(nèi)壁流回下端蒸發(fā)段,如此由下端向上端連續(xù)不斷地傳遞熱量。利用重力熱管將路面的溫度收集升至上端,并通過水循環(huán)將上端的能量帶走,且在重力熱管附近的路面局部溫度降低時,依據(jù)熱力學(xué)第二定律:在自然狀態(tài)下,熱量只能由熱處傳到冷處。路中央會持續(xù)的將熱量傳遞至熱管處,從而實(shí)現(xiàn)了路面的整體降溫。

??初步設(shè)計(jì)新型道路欄桿由若干段組成,每段中有十個用于傳遞熱量的重力熱管,重力熱管位于欄桿的中間特殊的密閉腔體里。熱管底部埋入瀝青路面以下,為了增加熱管的吸熱降溫效果,在熱管底部吸熱端安裝導(dǎo)熱翅片。根據(jù)欄桿的位置不同進(jìn)行安裝,使翅片始終伸向路基面中央。即如果欄桿安置于路中央,則翅片向道路兩側(cè)延伸,欄桿位于路邊從一側(cè)伸向路面,如此可實(shí)現(xiàn)整個路基都有熱傳導(dǎo)率高的翅片進(jìn)行溫度的快速控制。

??根據(jù)論文(地?zé)釤峁苋谘┫到y(tǒng)應(yīng)用研究)張軍1,張輝2,張紅3,莊駿3(1.南京航空航天大學(xué)航空宇航學(xué)院,南京210016; 2.南京理工大學(xué)動力工程學(xué)院,南京210094;3.南京工業(yè)大學(xué)能源學(xué)院,南京211800)中得到如下結(jié)論,可以給低溫?zé)峁馨l(fā)燒友參考。數(shù)據(jù)如下:

??1、熱管當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)很大程度上受熱管尺寸的影響,將熱管的傳熱過程簡化為管內(nèi)壁與工質(zhì)的高效對流換熱,實(shí)現(xiàn)了傳熱因素與結(jié)構(gòu)因素的分離, 能更好體現(xiàn)熱管的高效傳熱性能和等溫性;

??2、模擬了不同當(dāng)量對流換熱系數(shù)下熱管強(qiáng)化土壤傳熱的溫度場,證明當(dāng)量對流換熱系數(shù)的變化對溫度場的影響很小;

??3、建立的“地?zé)釤峁艿缆啡谘┫到y(tǒng)”能明顯提高路面溫度,可有效防止降雪在路面的積累,減少降雪對交通運(yùn)輸?shù)挠绊?

??4、重力式熱管系統(tǒng)可在夏季自動停止工作,在冬季自動啟動,而路面下的土壤將在夏季和冬季完成熱量的積蓄和釋放,在熱管的壽命期內(nèi),該系統(tǒng)可在無需外加動力的情況下連續(xù)穩(wěn)定工作;

??5、在高速公路、機(jī)場跑道、廣場和生活小區(qū)的路面建設(shè)中均可使用本系統(tǒng),對于實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)的多樣化,減少人類活動對環(huán)境的不良影響具有重要意義。

??9月25日,被譽(yù)為為“新世界七大奇跡”之首的北京大興國際機(jī)場正式投運(yùn),哈爾濱工業(yè)大學(xué)提供了“熱力融雪道面技術(shù)”和“抗冰防滑路面技術(shù)”,實(shí)現(xiàn)了機(jī)場全天候無雪、無冰,保障了飛行安全,達(dá)成了“智慧機(jī)場”“平安機(jī)場”“綠色機(jī)場”的設(shè)計(jì)理念。

??研發(fā)了流體加熱道面融雪系統(tǒng)、熱管道面融雪系統(tǒng)等熱力融雪道面新結(jié)構(gòu),修筑了我國首條大規(guī)模實(shí)體熱力融雪路面系統(tǒng),其中熱管融雪系統(tǒng)于2016年應(yīng)用于北京大興國際機(jī)場巡場路,2017年應(yīng)用于北京大興國際機(jī)場站坪。

??依據(jù)機(jī)場道面實(shí)際條件編制的“熱力融雪道面系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行諾莫圖譜”,共包含1600種運(yùn)行工況與優(yōu)化策略,為系統(tǒng)的高效、安全運(yùn)營提供了完善的依據(jù)。中國民航機(jī)場建設(shè)集團(tuán)觀測表明,上述工作實(shí)現(xiàn)了機(jī)場全天候無雪、無冰,保障了飛行安全,達(dá)成了“智慧機(jī)場”“平安機(jī)場”“綠色機(jī)場”的設(shè)計(jì)理念。

??冬季天氣寒冷,地面溫度較低,路面積雪和凍冰嚴(yán)重影響路面行駛。這時系統(tǒng)埋管中的循環(huán)介質(zhì)從地下垂直埋管附近的土壤吸收夏季儲存熱量,溫度升高;在循環(huán)泵的作用到達(dá)接近地面水平埋管,與低溫地面換熱,釋放熱量從而起到融雪的作用;放熱后,循環(huán)介質(zhì)溫度降低,經(jīng)循環(huán)泵流入溫度較高的垂直埋管區(qū)域吸熱后,繼續(xù)回到水平埋管附近向地表放熱,如此循環(huán)往復(fù),熱量不斷從地下輸送到地面,保持路面溫度在0℃以上,從而大大改善了路面狀況,進(jìn)一步保證了行車安全。

??熱管融雪技術(shù)有效提升了瀝青路面自身抗冰防滑能力,對于構(gòu)建寒區(qū)“暢通、安全、高效”交通運(yùn)輸體系具有重要的戰(zhàn)略意義。

??北京地興熱管公司負(fù)責(zé)人江鑫,15年來一直致力于低溫?zé)峁芗夹g(shù)的應(yīng)用、創(chuàng)新及銷售,多年來獲得熱管技術(shù)專利20余項(xiàng),并在暖通、工業(yè)、食品、紡織、醫(yī)院、公共建筑領(lǐng)域得以運(yùn)用,高效節(jié)能的效果獲得了用戶的美譽(yù),如:國家體育館鳥巢、北京市副中心、大連中石化研究、北京中石化研究院、沈陽中海廣場、西安國際醫(yī)學(xué)中心、上海江橋、寶山萬達(dá)、北京大興新機(jī)場的商用新風(fēng)等上百個大型項(xiàng)目中都采用了地興低溫?zé)峁芗夹g(shù);地興熱管公司的微熱管技術(shù)在家用新風(fēng)系統(tǒng)中熱交換通過2019年一年的實(shí)際驗(yàn)證,夏季制冷效率實(shí)測65%;冬季制熱效率實(shí)測78-83%,因?yàn)轶w積小,可以設(shè)計(jì)成小型新風(fēng)、空調(diào)一體機(jī),在市場上將有很大的優(yōu)勢,希望社會有志之士或者有資金的朋友一起合作;在以后的工作中,地興人再接再厲,繼續(xù)攻克重重技術(shù)難關(guān),以創(chuàng)新的、高品質(zhì)的熱管產(chǎn)品回報社會,造福人類。

??北京德天地興科技發(fā)展有限公司的負(fù)責(zé)人江鑫指出:冬季利用低溫?zé)峁芗夹g(shù)吸收地?zé)釋?shí)現(xiàn)道路融雪;夏季利益動力型低溫?zé)峁芗夹g(shù)將地面的熱量儲存到地下,利用土壤作為蓄熱載體,更為冬季道路融雪,夏季地面降溫提供堅(jiān)實(shí)保障,地興熱管愿意與國內(nèi)高校低溫?zé)峁馨l(fā)燒友一起研究并深化此技術(shù),為解決全球能源危機(jī)貢獻(xiàn)自己的一份力量!

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