一种利用浅层地热能的智能型桥面融雪化冰系统的制作方法

本发明属于浅层地热能利用技术及应用领域，尤其涉及一种利用浅层地热能的智能型桥面融雪化冰系统，适用于寒冷潮湿且易于积雪或结冰环境下的桥梁桥面。

背景技术：

道路路面和桥面积雪结冰不仅会导致车辆行驶困难，影响行车安全，造成交通事故，而且还会引起严重的交通拥堵以及大范围的交通瘫痪，造成巨大的经济损失。近年来，我国因冬季道桥积雪结冰造成的重大交通事故和大范围的交通中断时有发生，考虑到路面和桥面冰雪对交通安全、运输和经济发展的重大影响，道路融雪化冰对冬季道路交通条件的改善起着至关重要作用，已经成为道路养护工作中一个不可或缺的组成部分。

目前常用的融冰化雪方法主要分为被动融雪除冰技术和主动融雪技术两大类，其中被动式融雪除冰技术主要有人工清除法、机械清除法和化学融雪法，这些方法已被广泛应用在我国道路融雪除冰工程中，但存在诸如破坏路(桥)面以及污染环境、成本过高、使用条件限制等问题。主动式融雪技术主要是利用导电混凝土、电热线缆等功能材料对路面或桥面进行加热，达到融雪化冰目的，其中电热线缆融雪法存在与路面结构的相容性问题，且电热电缆表面包裹较厚的绝缘层，热效率较低，制造成本也较高；导电混凝土法虽与与路面层结合较好，但发热较慢，材料均匀混合不易实现。而且，这两种方法在运行过程中均是将电能转化为热能，不可避免地消耗大量电能，运行费用高。因此，开发一种快速、环保、经济、高效的融雪除冰技术迫在眉睫。

由于桥梁位于墩台之上，不能吸收地热，使得桥面温度通常低于路面温度2～3℃，因此，相比于路基路面，桥梁桥面更易积雪结冰，且桥面冰层融化滞后于路面冰层融化。

技术实现要素：

发明目的：针对上述现有技术，提供一种利用浅层地热能对路桥过渡段桥梁桥面加热升温的融雪化冰系统，从而达到有效预防和清除桥面冰雪的效果。

技术方案：一种利用浅层地热能的智能型桥面融雪化冰系统，包括地下集热系统、桥面散热系统、地源热泵、路面状况检测器和plc控制系统；所述地下集热系统由水平地埋管和竖直地埋管通过串联或并联方式构成循环回路，所述水平地埋管为在路基填筑过程中分层、水平埋设于路基内部的换热管，所述竖直地埋管为以单u型、w型或螺旋型埋管形式埋设于桥梁桩基内部的换热管；所述桥面散热系统由输热管和埋置在桥面铺装结构层中的散热管及回流管组成，并构成循坏管路；所述路面状况检测器嵌入到桥面表层并与plc控制系统的信号输入端连接；所述地下集热系统与桥面散热系统之间通过地源热泵连接，地源热泵受控于所述plc控制系统。

进一步的，所述路面状况检测器用于实时监测桥面气象信息，所述气象信息包括温度、结冰、积雪情况，然后将所采集的桥面气象信息输送至所述plc控制系统进行分析，若判定桥面温度小于冰点值且桥面有积雪或结冰，则利用plc控制系统启动地源热泵，通过热交换使桥面升温，自动清除桥面冰雪；若无冰雪，则关闭地源热泵。

进一步的，所述地下集热系统和桥面散热系统中的换热介质为氯化钠、氯化钙盐水溶液或乙二醇、丙二醇水溶液。

进一步的，所述地下集热系统及桥面散热系统中的管材采用聚乙烯或聚丙烯塑料管。

进一步的，所述输热管外表面包裹有保温层，所述散热管底部铺设有隔热层。

有益效果：由于采用上述技术方案，本发明较好地实现了发明效果。当冬季出现低温雨雪冰冻天气时，通过plc控制系统自动启动地源热泵，利用埋设于路基及桩基内部的换热管提取路基内部及桥梁桩基周围岩土体储存的地热能，在地源热泵的驱动作用下，热量被桥面散热系统中管道内的换热介质所吸收，进而通过热交换使路桥过渡段桥面升温，达到预防和清除桥面冰雪的作用。当夏季气温较高时，系统可逆向运行，降低桥梁桥面温度，减少夏季高温对桥梁结构受力的不利影响。本发明的一种利用浅层地热能的智能型桥面融雪化冰系统，无需人工操作，可自动清除桥面冰雪，地热利用率及传热效率高，可控性好，环保节能，具有显著的经济效益、环境效益和社会效益，特别适用于冬季寒冷潮湿且易于积雪或结冰环境下的路桥过渡段桥面的融雪化冰。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明利用浅层地热能的智能型桥面融雪化冰系统的应用示意图；

图3为桥面散热系统的平面布置示意图；

图4为桥面散热系统的横断面示意图。

图中有：1为地下集热系统，2为桥面散热系统，3为地源热泵，4为路面状况检测器，5为plc控制系统，6为水平地埋管，7为竖直地埋管，8为路基，9为桩基，10为输热管，11为桥面，12为散热管，13为回流管，14为电缆线，15为保温层，16为隔热层。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述。

一种利用浅层地热能的智能型桥面融雪化冰系统，由地下集热系统1、桥面散热系统2、地源热泵3、路面状况检测器4和plc控制系统5组成。地下集热系统1由水平地埋管6和竖直地埋管7通过串联方式构成循环回路，水平地埋管6为在路基填筑过程中分层、水平埋设于路基8内部的换热管，竖直地埋管7为以螺旋型埋管形式埋设于桥梁桩基9内部的换热管。桥面散热系统2由输热管10和埋置在桥面11铺装结构层中的散热管12及回流管13组成，并构成循坏管路。路面状况检测器4嵌入到桥面表层，通过电缆线14与plc控制系统5的信号输入端连接。地下集热系统1与桥面散热系统2之间通过地源热泵3连接，地源热泵3受控于plc控制系统5。

当冬季出现低温雨雪或冰冻天气时，路面状况检测器4可实时监测桥面温度、结冰、积雪情况，然后将所采集的桥面气象信息自动输送至plc控制系统5进行分析，由plc控制系统5结合当前温度判断桥面11有无积雪或结冰。若判定桥面11温度小于冰点值且桥面11有积雪或结冰，则通过plc控制系统5启动地源热泵3，通过热交换使桥面11升温，自动清除桥面冰雪；若无冰雪，则自动关闭地源热泵3。plc控制系统5可以通过温度、流量和压力等传感器及采集模块的程序实时收集地源热泵系统3中温度、流量、压力等参数，对运行状况进行实时监测。plc控制系统5还可以与无线通讯模块相连接，通过远程终端实现系统数据的传输与远程监控。

地下集热系统1通过地埋管内循环流动的换热介质与路基内部及桥梁桩基周围岩土体体进行热交换，使转热介质的温度升高，在地源热泵3的驱动作用下，热能由地下集热系统1转移流向桥面散热系统2，并通过散热管12内的换热介质与桥梁桥面11之间实现热交换，从而达到加热桥面11及融雪化冰的效果。换热介质为氯化钠、氯化钙等盐水溶液或乙二醇、丙二醇等有机化合物的水溶液，其在封闭的管道系统内循环流动，实现热能的吸收与传递。

为了提高系统的地热利用率及热传递效率，减少循环过程中的热量损失，地下集热系统1及桥面散热系统2中的管材均采用高密度耐热聚乙烯塑料管，输热管10外表面使用聚氨脂泡沫塑料保温层15包裹，散热管12底部铺设高强度挤塑聚苯乙烯板，作为隔热层16。

以上仅为本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。