第三届全国能源地下结构与工程学术研讨会

16 / 2021-10-03 09:48:24

寒区路基地源热泵系统供热性能及冻胀防控效果

路基冻胀,人工供热,热泵,供热温度,冻结深度

       为解决目前寒区路基冻胀病害难以根除和缺少冻胀灾后抢险措施的难题，提出一种基于地热能利用的路基人工主动供热防冻胀方法，设计一款路基专用地源热泵型供热系统．建立热泵装置运行性能的测试平台，监测装置换热温度与土体温度场的变化规律，结合数值计算，对主动供热式路基的设计方案及其防冻胀效果进行研究．结果表明：路基热泵宜采用直接膨胀式换热形式，实体装置可以自动化地输出40℃、50℃、60℃等不同水平供热温度，集热温度保持在0℃以下，制热系数大于3.0，实现对地热能的高效收集、转化与传递．热泵运行第1天、5天、10天的热作用半径分别达到0.76m、1.64m、2.30m．案例计算表明，在天然条件下路基中心冻结深度为0.87m，冻胀期持续约100天，3月份下旬呈现双向融化特征；而在人工供热条件下，冻结深度减小至0.2m以内，2月份中旬即开始回融，呈现由下至上的单向融化特征，土体升温幅度和热扩散范围随供热温度的提高而增大．实际应用中，面向冻胀快速解冻与应急抢险时，热泵沿路基纵向间距宜取2.0 m~4.0 m，供热容量设计为1.0 kW~2.0 kW，建议同时在路基表层采取保温措施，形成主被动复合热防护方案．