熱管融雪技術應用大興機場，助力“鳳凰展翅”

??-低溫熱管技術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,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)生嚴重雪災,鐵路、公路和 航空運輸幾乎完全癱瘓。當前的道路除雪方式有機 械吹掃、化學融雪和電加熱融雪等外對,這些除雪方 法普遍運行成本較高,其中化學融雪法對環(huán)境有很 大的危害。開發(fā)一種穩(wěn)定、無污染和維護成本低的 道路融雪系統(tǒng)將具有重要意義。淺層地熱資源分布 廣泛⑹,將土壤恒溫層內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 領域得到廣泛應用;如何應用低溫熱管技術在道路融雪方面有所突破呢?設計一種“地熱熱管道路 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。熱管的傳熱機理十分復雜,目前尚沒有成熟的 數值方法對其工作過程進行數值模擬。通過對熱管 傳熱機理和熱阻的分析,建立地熱道路融雪系統(tǒng)的 物理模型。對路面及土壤中的溫度場進行數值模 擬,驗證“地熱熱管道路融雪系統(tǒng)”的運行效果。該 系統(tǒng)應用于高速公路、機場跑道、廣場和生活小區(qū)能有效消除道路積雪,具有重要的工程應用價值。

??道路因高溫和結冰產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。目前國內外對道路降溫研究集中于路面涂反射涂料、保水涂料等,但鋪設效率低、造價高昂、使用性能不穩(wěn)定。針對冬季路面積雪結冰,我國目前主要用融雪劑和機械除雪等。這會導致路面破壞增多,縮短使用壽命。

??針對路面的高溫、積雪結冰問題,將重力熱管技術應用到道路上,運用合理的管路設計實現水的循環(huán)和熱能的傳遞。該系統(tǒng)利用重力熱管可實現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。

??重力低溫熱管是裝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,依據熱力學第二定律: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,從而實現了路面的整體降溫。

??初步設計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熱翅片。根據欄桿的位置不同進行安裝,使翅片始終伸向路基面中央。即如果欄桿安置于路中央,則翅片向道路兩側延伸,欄桿位于路邊從一側伸向路面,如此可實現整個路基都有熱傳導率高的翅片進行溫度的快速控制。

??根據論文(地熱熱管融雪系統(tǒng)應用研究)張軍1,張輝2,張紅3,莊駿3(1.南京航空航天大學航空宇航學院,南京210016; 2.南京理工大學動力工程學院,南京210094;3.南京工業(yè)大學能源學院,南京211800)中得到如下結論,可以給低溫熱管發(fā)燒友參考。數據如下:

??1、熱管當量導熱系數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壁與工質的高效對流換熱,實現了傳熱因素與結構因素的分離, 能更好體現熱管的高效傳熱性能和等溫性;

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

??3、建立的“地熱熱管道路融雪系統(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 雪對交通運輸的影響;

??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,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、機場跑道、廣場和生活小區(qū)的 路面建設中均可使用本系統(tǒng),對于實現能源系統(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,被譽為為“新世界七大奇跡”之首的北京大興國際機場正式投運,哈爾濱工業(yè)大學提供了“熱力融雪道面技術”和“抗冰防滑路面技術”,實現了機場全天候無雪、無冰,保障了飛行安全,達成了“智慧機場”“平安機場”“綠色機場”的設計理念。

??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構,修筑了我國首條大規(guī)模實體熱力融雪路面系統(tǒng),其中熱管融雪系統(tǒng)于2016年應用于北京大興國際機場巡場路,2017年應用于北京大興國際機場站坪。

??依據機場道面實際條件編制的“熱力融雪道面系統(tǒng)優(yōu)化運行諾莫圖譜”,共包含1600種運行工況與優(yōu)化策略,為系統(tǒng)的高效、安全運營提供了完善的依據。中國民航機場建設集團觀測表明,上述工作實現了機場全天候無雪、無冰,保障了飛行安全,達成了“智慧機場”“平安機場”“綠色機場”的設計理念。

??冬季天氣寒冷,地面溫度較低,路面積雪和凍冰嚴重影響路面行駛。這時系統(tǒng)埋管中的循環(huán)介質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)介質溫度降低,經循環(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,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,進一步保證了行車安全。

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

??北京地興熱管公司負責人江鑫,15年來一直致力于低溫熱管技術的應用、創(chuàng)新及銷售,多年來獲得熱管技術專利20余項,并在暖通、工業(yè)、食品、紡織、醫(yī)院、公共建筑領域得以運用,高效節(jié)能的效果獲得了用戶的美譽,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)學中心、上海江橋、寶山萬達、北京大興新機場的商用新風等上百個大型項目中都采用了地興低溫熱管技術;地興熱管公司的微熱管技術在家用新風系統(tǒng)中熱交換通過2019年一年的實際驗證,夏季制冷效率實測65%;冬季制熱效率實測78-83%,因為體積小,可以設計成小型新風、空調一體機,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)攻克重重技術難關,以創(chuàng)新的、高品質的熱管產品回報社會,造福人類。

??北京德天地興科技發(fā)展有限公司的負責人江鑫指出:冬季利用低溫熱管技術吸收地熱實現道路融雪;夏季利益動力型低溫熱管技術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實保障,地興熱管愿意與國內高校低溫熱管發(fā)燒友一起研究并深化此技術,為解決全球能源危機貢獻自己的一份力量!

??免責聲明

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