道路地热融雪化冰研究现状_薛相美

收稿日期：2015－3－27

作者简介：薛相美（1969－），男，硕士研究生，主要从事新型制冷技术与设备、节能技术方面研究。Email ：jobxxm@

文章编号：ISSN1005－9180（2015）03－074－05

道路地热融雪化冰研究现状

薛相美

（佛山市高级技工学校，广东528200）

［摘要］阐述了道路地热融雪化冰的工作原理，着重介绍了地热融雪化冰技术在国内外的研究现状，并分析该系统的一些存在问题。由于在节能和环保方面有着明显的优势，地热融雪化冰系统在我国将有广泛的应用前景。

［关键词］地热；融雪化冰；道路；节能环保［中图分类号］TB6

［文献标示码］B

doi ：10.3696/J.ISSN.1005－9180.2015.03.014

Ｒesearch Situation of Ice and Snow Melting Process on

Pavement Utilizing Geothermal

XUE Xiangmei

（Foshan Advanced Technical School ，Guangdong 528200）

Abstract ：The process of ice and snow melting on pavement utilizing geothermal is introduced ，and research situa-tion of ice and snow melting technology with geothermal at home and abroad is described detailed．Because the ice and snow melting system has clear superiority in the aspects of energy conservation and environmental protection ，it can be predicted that the system will be widely used in the future．

Key words ：Geothermal ；Ice and snow melting ；Pavement ；Environmental protection

0引言

路面冰雪问题一直困扰着各国交通部门，每年

由于路面积雪结冰所造成的直接经济损失平均达数

亿元。因此，对路面积雪结冰的处理问题，各国一直非常重视，并作了大量研究，探索出多种抑制路

面积雪结冰的方法［1］

。

冬季除雪方法主要有清除法和融化法两类，清除法可分为人工清除和机械清除，融化法则分为化学法和热融化法。机械除雪，除雪机械设计技术难度较大，设备制造成本较高，除净率低，工作效率

低，功率消耗非常大，使用效果不理想。化学法通过在路面上散布融雪剂（CaCl 2、MgCl 2）等来融雪化冰，但盐类除雪剂对环境、土壤、结构构造物等存在危害，具有一定的负面效应

［2］

。热融化法利

用热水、地热、燃气、电等产生的热量使冰雪融化，其中地热融雪受到极大地关注。因为地球作为一个载热的星体，不断从内部向地表与空间释放热能，浅层土壤地热资源是可再生能源的重要组成部分，是一种取之不尽，经济效益较高，又不会产生任何污染的可再生能源，是一种高环保、高效益的可持续发展能源

［3］

，而且地热融雪符合国家的产

业政策，有很好的发展前景。

1道路地热融雪化冰系统

1.1工作原理

道路地热融雪化冰技术是在路（桥）面内埋置热管，利用机组，经地下换热器从地下提取低位地热能，经热泵提升后，通过水泵把温度较高的流体输送到路（桥）面内的排管里面。高温热流体在排管内流动时，把热量通过对流换热方式，传入路（桥）面。当路（桥）面的温度达到0ħ以上时，其表面上的冰雪就会融化，从而达到融雪化冰的目的。

道路地热融雪化冰系统主要由埋地换热器、控制装置、集分水器以及融雪管道等组成（图1）。地热融雪系统主要的运行模式分为夏季蓄热模式和冬季融雪模式。夏季利用道路循环热流体将强烈的太阳能辐射热能传至地下土壤储存，即地下蓄能；冬季循环热流体再将热量提取至路面提高路面温度融雪化冰。所以太阳能－地热道路融雪系统可以实现跨季节蓄热利用，大大提高了能量的利用率，实现季节性蓄能再利用。如果再通过地源热泵实现升

温、控温运行，可进一步提高能量的利用程度

。

图1道路地热融雪化冰系统图

1.2地热融雪系统特点

（1）使用稳定、廉洁、清洁的地热能作为热源。利用天然丰富地热能源，即使是在寒冷的冬天，都能够提供足够的和稳定数量的热量。此外，该系统还采用了高效能地源热泵技术，以降低运行成本，并减少二氧化碳排放量。

（2）高换热器效率。在换热器方面，双U形管在工程中被使用。相比传统的换热器，吸取的地热约多20%以上。

（3）稳定积雪融化性能。利用恒定的低温热能，而且土壤的比热容大，意味着能够储存在土壤中的热量多，使得运行的地源热泵长期都有较高的效率。

（4）降低运行费用。利用廉价的融雪化冰系统，并提高整个系统性能系数（COP），大大降低了运行成本，比使用电炉丝节省约30%的能量。

2国内外研究现状

2.1世界各国重视道路地热融雪化冰技术的开发

在国际上，道路热融雪化冰技术主要以美国、日本、北欧等国家为代表，1992年起，在美国能源部（DOE）、交通部（DOT）联邦高速公路管理局和国家基础研究基金的联合资助下，开始实施HBT（Heated Bridge Technologies）计划［4］。系统研究道桥地热融雪化冰问题。1994年至1999年的5年间，美国5个州分别开展道路和桥梁热融雪化冰应用示范工程，比较和探索循环热流体、热管传递、电加热、燃料加热等多种方式间的能源利用和融雪化冰效果。日本国家资源环境研究所（NIＲE）在国际经合组织（OECD）和能源组织（IEA）的可再生能源专项促进下，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［5］，取得了阶段性成果。在中国，国家“十一五”科技支撑计划“区域规划与城市土地节约利用关键技术研究”中，特别强调了道路冰雪自融与防滑关键技术研究内容。这些都表明国内已经开始关注地热融雪化冰技术的研发、应用和示范。

2.2国外研究现状

近年来，美、日以及北欧瑞士、冰岛、挪威、波兰等国家开展道路热融雪研究比较多。从1998年开始，美国俄克拉荷马州大学（OSU）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［6，7］，结合当地气候条件，将路面作为太阳能集热系统，采用利用竖孔地下换热器的地源热泵封闭系统，开展地热融雪化冰过程研究。研究工作主要涉及冰雪多

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