融雪化冰路面新技术

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，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。
微波加热融雪技术
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。
优点：
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
微波加热融雪技术
关键技术：
5 铁磁矿石应用于提升微波除冰效率
（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。
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。
微波加热融雪技术
关键技术：
3 道路材料
（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
微波加热融雪技术
关键技术：
4 不同冰厚的影响
（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。
导电混凝土
2 导电相材料的技术要求
①良好的导电性 ②足够的机械强度 ③温度稳定性 ④具有抗氧化作用 ⑤导电象和胶凝材料的线膨胀系数值必须相近 ⑥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
①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） ②石墨 ③ 炭黑④钢纤维及钢屑
发热电缆
发热电缆加热系统具有 无污染、运行费用低、 热稳定性好、控制方便 等优势。
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
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。
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
发热电缆
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
太阳能存储转换系统给埋置在路面内的电管加热
两种实 现形式
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 混凝土导热性能
三个关 键技术
隔热层材料
太阳能管网设置
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
导电混凝土路面结构
将石墨和未硬化混凝土混合 制 作 步 骤
加铺普通混凝土层和隔热层 的路面结构
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。
导电混凝土路面融雪效果
融雪过程电阻变化情况 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
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（1.8%左 右），获得良好的导电性并保证必要的强度（电阻﹤533Ω）
成员：
背景
耗费大量的人力物力财力来融雪化冰
融雪化冰新技术
3
清除法
人工清除
机械清除
优点：安全环保 缺点：影响交通，效率较低，适用范围较小
化学融化法
优点：来源广泛、价格便宜、 效果好，且可以起防滑作用。
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
微波加热融雪技术
微波除冰车：
微波加热融雪技术
关键技术：
1 微波频率
（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频段微波
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
钢纤维掺量越高，钢纤维混凝土导热性越好
隔热材料： XPS板（挤塑聚苯乙烯板）
改善层间粘结状态
绿色太阳能融雪化冰
管网布置：
绿色太阳能融雪化冰
应用：G318工布江达段到墨竹工卡
太阳能电池埋置 搭建太阳能电池板
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
成。
循环热流体加热
夏季 蓄能时，通常情况下，将热泵短接，不需要其工作，流 冬季 融雪时，在道路部分，载热流体经过热泵冷凝器加热后， 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
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 热器，与土壤换热后，再流进道路吸热。如此反复循环，不断 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 把道路所集热量传递到地下。 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。
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。
循环热流体加热
从功能上来说，循环热流体加热系统分为以下几部分： 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 路面融雪化冰模块、热泵模块、地下换热器模块、水泵模 道路部分，由热泵冷凝器、循环水泵和加热管网组成；另一 块、道路集热蓄能模块 部分为地下部分，由地下换热器、循环水泵和热泵蒸发器组
国 外 发 展
循环热流体加热
1997 年，吉林大学研究者高一平率先提出太阳能蓄热融雪化冰在 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
国 内 发 展
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。
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/㎡。
地热管法：通过热管的毛细作用
常 用 方 法 将地下热量传递到道路路面上
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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 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 ,并在美 美国 Oklahoma State University( OSU)大学 , 从 1998年开始 ,开 国俄勒冈州 Klamath 的一段 140 m的道路上实施试验工程 ,并于 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 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 1998 年进行全面升级更换了路面和管网，更新了循环水泵。 用 ,目前全国利用面积达 74 m2,其中首都雷克亚未克地区达 46万m2 日本国家资源环境研究所 (万 NIRE) 于 1995年在日本二户市建造了首 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 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。 冰和 集热蓄热过程的研究。
撒布融雪盐
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
绿色太阳能融雪化冰
热 熔 法
导电混凝土加热（碳纤维） 发热电缆
微波加热法
循环热流体加热
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
1 分类
根据 胶凝材料 的不同
无机类（如水泥导电混凝土和水玻 璃导电混凝土） 有机类（如沥青导电混凝土和数 树脂导电混凝土） 复合类（如聚合物导电混凝土和 浸渍导电混凝土）