能量桩桥面除冰融雪的能源需求与供给能力案例分析

来源：中国血液净化杂志2023年第3期北京时间：

作者：陈鑫, 孔纲强, 王忠涛, 刘汉龙, 杨庆

单位：1. 江苏开放大学 建筑工程学院, 江苏 南京 210036;2. 河海大学 岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室, 江苏 南京 210098;3. 大连理工大学 土木工程学院, 辽宁 大连 116024;4. 重庆大学 土木工程学院, 重庆 400044"],"fundList_en":["National Natural Science Foundation of China (51778212)

摘要：基于能量桩的桥面除冰融雪技术，克服了传统融雪剂对桥面板结构的腐蚀问题，且具有节能环保等技术经济优势。能源需求与能量桩供热能力的计算是能量桩桥面除冰融雪系统设计的关键。为达到除冰融雪目的，桥面板表面温度需维持在0℃以上；基于桥面板的热响应试验与除冰试验得到桥面板温度与换热效率、流体温度的关系，根据热传导定律，推导出桥面除冰融雪所需的换热效率与流体温度的计算公式；探讨了能量桩热泵系统的供热能力。计算得到换热管埋深和间距分别为14 cm和25 cm的桥面板，在环境温度为-1℃~0℃时，系统的热有效率（有效热流密度与换热效率的比值）约为50%，系统的热有效率随着环境温度的降低而降低。选取3座具有不同板桩比（桥面板面积与能量桩总长比值）的桥梁为案例，进一步分析了环境温度-10℃~0℃，降雪量水当量0.1~1.0 mm·h^-1范围内，能量桩的供热比，以及满足融雪需求入口流体温度的计算表达式。结果表明：能量桩的供热比与环境条件和桥梁的板桩比有关，板桩比为0.7 m²·m^-1时，环境温度为-5℃，降雪量不大于0.4 mm·h^-1（暴雪），能量桩供热可满足融雪需求；板桩比为1.5 m²·m^-1条件下，环境温度为-1℃时，降雪量不大于0.3 mm·h^-1，能量桩供热可满足融雪需求；板桩比为2.0 m²·m^-1时，环境温度-1℃时，降雪量不大于0.2 mm·h^-1，能量桩供热可满足融雪需求。

关键词：桥梁工程,除冰融雪,现场试验,能量桩,能源需求,流体温度

基金资助：国家自然科学基金项目（51778212）