地?zé)崮軣岜眉夹g(shù)在高寒地區(qū)公路橋梁中的運(yùn)用20120814

地?zé)崮軣岜眉夹g(shù)在高寒地區(qū)道路中的運(yùn)用摘要：地?zé)崮茏鳛樵缇捅蝗藗冋J(rèn)識(shí)和關(guān)注的一種可再生能源，開(kāi)發(fā)利用的程度在不斷加深和推廣，尤其在建筑制冷和采暖方面，采用淺層地源熱泵技術(shù)的節(jié)能優(yōu)點(diǎn)眾所周知，其實(shí)際應(yīng)用技術(shù)也已趨于成熟，得到廣泛應(yīng)用。但是，地?zé)崮芗盁岜眉夹g(shù)在道路橋梁上的應(yīng)用卻鮮為人知。高寒地區(qū)道路橋梁以及機(jī)場(chǎng)碼頭的融雪化冰技術(shù)是一個(gè)世界性的難題。應(yīng)用地?zé)崮芎蜔岜眉夹g(shù)開(kāi)辟了冬季道路防凍除冰的新天地。本文將簡(jiǎn)要介紹地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)和熱泵技術(shù)的原理以及地能熱泵技術(shù)在高寒地區(qū)道路橋梁防凍和融雪化冰的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：地?zé)崮軣岜玫缆贩纼龌鵗heuseofgeothermalheatpumptechnologyinthealpineregionroadAbstract:Therapideconomicdevelopmentofmodernsociety,thegrowingdemandforenergy,however,withhigh-gradeoftheEarth'snon-renewableenergy(suchasoil,gas,coal)mininggrowingincreasinglyscarce,sopeoplearecontinuetodevelopanduseavarietyofnaturalresourcesandenergyinordertomeettherapidlygrowingeconomy.Shallowgeothermalenergysavingadvantagesasalow-gradeenergy,earlyawarenessofandconcernthedevelopmentandutilizationoftheextentofthedeepeningandpromotion,especiallyinbuildingcoolingandheating,theuseofshallowgroundsourceheatpumptechnologyiswellknownthatthepracticalapplicationoftechnologyhasmatured,andnowhasbeenwidelyused.Usedinsituheatpumptechnology,thefirstgeothermalenergyandheatpumptechnologytomakeabriefintroduction,andthendescribesthethermalheatpumptechnologyappliedtotheroadofthealpineregion.Keywords:GeothermalenergyHeatpumptechnology引言地?zé)崮苋≈唤哂弥槐M，有著巨大利用價(jià)值。地能熱泵系統(tǒng)，是一種利用地下地?zé)豳Y源進(jìn)行采暖、制冷、供熱水、發(fā)電等的系統(tǒng)。它只需輸入少量的電能，利用逆卡諾原理即可以將能量由低溫?zé)嵩聪蚋邷責(zé)嵩崔D(zhuǎn)移。尤其是在冬季，我們可以吸取土壤中的熱量，再將溫度提高到一定程度后運(yùn)送到建筑物或者室內(nèi)中用于取暖。將地?zé)崮苡糜诘缆窐蛄阂约皺C(jī)場(chǎng)碼頭的融雪化冰和防凍，這是一項(xiàng)重大技術(shù)創(chuàng)新舉措。該技術(shù)的應(yīng)用推廣對(duì)高寒地區(qū)冬季保證道路橋梁以及機(jī)場(chǎng)碼頭的暢通具有十分現(xiàn)實(shí)和深遠(yuǎn)的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義。1地?zé)崮茉吹脑砼c應(yīng)用1.1地?zé)崮芎?jiǎn)介地?zé)崮苁堑貧ぶ幸蛱?yáng)能量粒子與地核放射元素粒子交互作用產(chǎn)生的能量。它是一種取之不盡用之不竭的可再生能源。地?zé)崮茉跍囟壬蟿澐譃楦邷氐責(zé)岷椭?、低溫地?zé)?，在中?guó)一般界定溫度為150℃。高溫地?zé)崮芤话銥樯顚拥責(zé)崮?，中、低溫地?zé)崮芤话銥闇\層地?zé)崮堋Ｉ顚拥責(zé)崮苤饕糜诎l(fā)電，而低溫地?zé)崮芤话阈枰嚓P(guān)技術(shù)提取熱量后再利用，提供采暖、生活熱水等。深層地?zé)崮芸捎霾豢汕螅_(kāi)采難度大，而淺層地?zé)崮鼙椴嫉厍虻娜魏谓锹?。從地?0米到地下400米，地球存在著一個(gè)14~18℃的恒溫層，蘊(yùn)藏著取之不盡的能源。淺層地?zé)崮芤呀?jīng)廣泛用于采暖、制冷、供熱水、烘干、冷藏冷凍、種養(yǎng)殖等領(lǐng)域，在不久的將來(lái)還會(huì)迅速用于發(fā)電。是融雪化冰和防凍技術(shù)中的最經(jīng)濟(jì)、最可靠的手段。1.2地?zé)崮艿膽?yīng)用人類(lèi)利用地?zé)崮艿臍v史悠久。20世紀(jì)中葉后，人們才開(kāi)始真正認(rèn)識(shí)地?zé)豳Y源，并進(jìn)行較大規(guī)模的開(kāi)發(fā)利用。之后，地?zé)崮艿睦帽阍谠S多領(lǐng)域中開(kāi)展而來(lái)。像地?zé)岚l(fā)電，它便是地?zé)崂米钪苯拥姆绞?。地?zé)岚l(fā)電和火力發(fā)電所采用的基本原理是一樣的，但他們的不同之處在于地?zé)岚l(fā)電不需要消耗煤炭等燃料而且也不需要龐大的機(jī)器設(shè)備。地?zé)峁┡蚝?jiǎn)單可靠經(jīng)濟(jì)性好，受到各國(guó)的重視.其中冰島開(kāi)發(fā)利用得最好。1928年冰島建成了世界上首個(gè)地?zé)峁嵯到y(tǒng)，現(xiàn)今地?zé)峁嵯到y(tǒng)已發(fā)展得相當(dāng)完善，其技術(shù)的使用已經(jīng)非常成熟，應(yīng)用領(lǐng)域也越來(lái)越廣。但是，深層地?zé)崮芡畈卦诘叵聰?shù)千米，勘探開(kāi)采成本和風(fēng)險(xiǎn)極高。而淺層地?zé)崮荛_(kāi)采簡(jiǎn)單、維護(hù)容易、成本低廉，不受氣候環(huán)境的影響，在各種能源結(jié)構(gòu)中最具有經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性，將成為新能源開(kāi)發(fā)的主力軍。殼運(yùn)動(dòng)活躍，第四紀(jì)火山強(qiáng)烈，地震頻繁，水熱活動(dòng)區(qū)有100余處，100℃以上的有近10處。我國(guó)低溫地?zé)崮苜Y源廣泛分布于板塊內(nèi)部中國(guó)大陸地殼隆起區(qū)和地殼沉降區(qū)。在板內(nèi)地殼隆起區(qū)，發(fā)育有不同地質(zhì)時(shí)期形成的斷裂帶，已經(jīng)多期活動(dòng)，它們多數(shù)可成為地下水運(yùn)動(dòng)上升的良好通道。大氣降水滲入地殼深部經(jīng)深循環(huán)再正常地溫梯度下加熱，常常在相對(duì)低洼的地方（山前或山間盆地、濱海盆地，多在河谷底部），沿活動(dòng)性斷裂涌出地表形成溫泉。根據(jù)地殼隆起區(qū)溫泉的密集程度，目前可初步劃分兩個(gè)低溫地?zé)釒В礀|南沿海地?zé)釒Ъ暗岽ǖ責(zé)釒А?/p>

東南沿海地?zé)釒挥谔窖蟀鍓K與歐亞板塊交接帶以西中國(guó)大陸內(nèi)側(cè)，包括江西東部、湖南南部、福建、廣東及海南島等地。這里有現(xiàn)代火山作用，但自中生代以來(lái)，地殼運(yùn)動(dòng)活躍，深斷裂發(fā)育。東南沿海地?zé)釒俏覈?guó)低溫溫泉最為密集的地帶，集中分布的溫泉就有500余處。溫泉水溫大部介于40-80℃之間，也有少量的在80℃以上。

滇川地?zé)釒挥谟《扰c歐亞兩大板塊交接帶以東縱貫滇川南北，沿南北構(gòu)造帶展布。這里，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，地震頻繁。分布在該帶的溫泉共有100余處，南段較密集，溫度多在60℃以上，個(gè)別達(dá)90℃，北段較稀疏，水溫多在60℃以下。

其他地區(qū)，如山東半島、遼東半島、河北山地、太行山、秦嶺、天山北麓、四川盆地的東南部、柴達(dá)木盆地東部等，溫泉也較集中，水溫大部在60℃以下，少數(shù)溫泉區(qū)水溫可達(dá)80-90℃。高寒地區(qū)往往也是地?zé)崮苜Y源最豐富的地區(qū)。這些地?zé)豳Y源和淺層地?zé)豳Y源應(yīng)用熱泵技術(shù)綜合利用，是解決高寒地區(qū)道路橋梁、機(jī)場(chǎng)碼頭冬季融冰化雪的正確途徑，實(shí)現(xiàn)人類(lèi)千百年來(lái)的夢(mèng)想。2.2.2寒冷地區(qū)道路橋梁恒溫裝置系統(tǒng)設(shè)計(jì)熱負(fù)荷的確定寒冷季節(jié)道路橋梁和機(jī)場(chǎng)碼頭熱負(fù)荷以滿(mǎn)足道路路面和橋面能晝夜24小時(shí)不結(jié)冰、不積雪、保持暢通為目標(biāo)。熱負(fù)荷要根據(jù)分時(shí)測(cè)定的室外土壤溫度、路（橋）面溫度、空氣溫度、濕度、風(fēng)速、交通量進(jìn)行計(jì)算分配，保持路面溫度隨時(shí)處于融雪溫度以上。換熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)道路橋梁融冰化雪所需的熱量巨大。在有地?zé)釡厝Y源的地方，應(yīng)當(dāng)首選采用地?zé)釡厝Y源，其次利用地下水資源，最后才考慮用地埋管換熱系統(tǒng)，同時(shí)與太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)和大型冷回收冷凍系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)。在有熱電廠(chǎng)或其他廢熱資源的地方，要充分利用熱泵進(jìn)行余熱回收來(lái)采集熱源。一般情況下，盡量使用多種能源互補(bǔ)綜合利用，以獲得最好的經(jīng)濟(jì)效益。熱源量要在廣泛調(diào)查勘探道路沿線(xiàn)各種熱能資源的分布和可采量的基礎(chǔ)上，進(jìn)行全面技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證。末端放熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)末端放熱系統(tǒng)維持道路路面和橋梁橋面的融雪環(huán)境溫度。末端放熱系統(tǒng)布置在道路路面或橋面的結(jié)構(gòu)層下面和道路兩側(cè)，也可以設(shè)置送風(fēng)系統(tǒng)在道路的兩側(cè)直接吹刷路面。在越嶺線(xiàn)的埡口路段，應(yīng)同時(shí)配置這兩種放熱系統(tǒng)，確保能積蓄熱能及時(shí)融雪化冰。末端放熱系統(tǒng)按不同的放熱方式釋放熱負(fù)荷。為了既保障融冰化雪又最大限度地節(jié)約能源，換熱系統(tǒng)與放熱系統(tǒng)要通過(guò)主機(jī)進(jìn)行智能動(dòng)態(tài)控制。由于道路具有線(xiàn)長(zhǎng)面廣，不同的氣候和地質(zhì)條件，使道路的恒溫裝置將會(huì)受到多方面因素的影響，需要先進(jìn)行典型路段的試驗(yàn)。3結(jié)束語(yǔ)高寒地區(qū)道路橋梁、碼頭機(jī)場(chǎng)的融雪化冰，是長(zhǎng)期困擾這些地區(qū)交通發(fā)展老大難問(wèn)題，嚴(yán)重阻礙了這些地區(qū)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)防建設(shè)。而高寒地區(qū)往往也是地?zé)崮苜Y源最豐富的地區(qū)。這些地?zé)豳Y源和淺層地?zé)豳Y源以及其他多種可再生能源應(yīng)用熱泵技術(shù)循環(huán)利用，完全可以解決高寒地區(qū)道路橋梁、機(jī)場(chǎng)碼頭冬季的融冰化雪，保持交通暢通，為這些地區(qū)的人民帶來(lái)福音