本發(fā)明屬于淺層地?zé)崮芾眉夹g(shù)及應(yīng)用領(lǐng)域，尤其涉及一種利用淺層地?zé)崮艿闹悄苄蜆蛎嫒谘┗到y(tǒng)，適用于寒冷潮濕且易于積雪或結(jié)冰環(huán)境下的橋梁橋面。

背景技術(shù)：

道路路面和橋面積雪結(jié)冰不僅會(huì)導(dǎo)致車輛行駛困難，影響行車安全，造成交通事故，而且還會(huì)引起嚴(yán)重的交通擁堵以及大范圍的交通癱瘓，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。近年來(lái)，我國(guó)因冬季道橋積雪結(jié)冰造成的重大交通事故和大范圍的交通中斷時(shí)有發(fā)生，考慮到路面和橋面冰雪對(duì)交通安全、運(yùn)輸和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重大影響，道路融雪化冰對(duì)冬季道路交通條件的改善起著至關(guān)重要作用，已經(jīng)成為道路養(yǎng)護(hù)工作中一個(gè)不可或缺的組成部分。

目前常用的融冰化雪方法主要分為被動(dòng)融雪除冰技術(shù)和主動(dòng)融雪技術(shù)兩大類，其中被動(dòng)式融雪除冰技術(shù)主要有人工清除法、機(jī)械清除法和化學(xué)融雪法，這些方法已被廣泛應(yīng)用在我國(guó)道路融雪除冰工程中，但存在諸如破壞路(橋)面以及污染環(huán)境、成本過(guò)高、使用條件限制等問(wèn)題。主動(dòng)式融雪技術(shù)主要是利用導(dǎo)電混凝土、電熱線纜等功能材料對(duì)路面或橋面進(jìn)行加熱，達(dá)到融雪化冰目的，其中電熱線纜融雪法存在與路面結(jié)構(gòu)的相容性問(wèn)題，且電熱電纜表面包裹較厚的絕緣層，熱效率較低，制造成本也較高；導(dǎo)電混凝土法雖與與路面層結(jié)合較好，但發(fā)熱較慢，材料均勻混合不易實(shí)現(xiàn)。而且，這兩種方法在運(yùn)行過(guò)程中均是將電能轉(zhuǎn)化為熱能，不可避免地消耗大量電能，運(yùn)行費(fèi)用高。因此，開發(fā)一種快速、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、高效的融雪除冰技術(shù)迫在眉睫。

由于橋梁位于墩臺(tái)之上，不能吸收地?zé)?，使得橋面溫度通常低于路面溫?～3℃，因此，相比于路基路面，橋梁橋面更易積雪結(jié)冰，且橋面冰層融化滯后于路面冰層融化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，提供一種利用淺層地?zé)崮軐?duì)路橋過(guò)渡段橋梁橋面加熱升溫的融雪化冰系統(tǒng)，從而達(dá)到有效預(yù)防和清除橋面冰雪的效果。

技術(shù)方案：一種利用淺層地?zé)崮艿闹悄苄蜆蛎嫒谘┗到y(tǒng)，包括地下集熱系統(tǒng)、橋面散熱系統(tǒng)、地源熱泵、路面狀況檢測(cè)器和plc控制系統(tǒng)；所述地下集熱系統(tǒng)由水平地埋管和豎直地埋管通過(guò)串聯(lián)或并聯(lián)方式構(gòu)成循環(huán)回路，所述水平地埋管為在路基填筑過(guò)程中分層、水平埋設(shè)于路基內(nèi)部的換熱管，所述豎直地埋管為以單u型、w型或螺旋型埋管形式埋設(shè)于橋梁樁基內(nèi)部的換熱管；所述橋面散熱系統(tǒng)由輸熱管和埋置在橋面鋪裝結(jié)構(gòu)層中的散熱管及回流管組成，并構(gòu)成循壞管路；所述路面狀況檢測(cè)器嵌入到橋面表層并與plc控制系統(tǒng)的信號(hào)輸入端連接；所述地下集熱系統(tǒng)與橋面散熱系統(tǒng)之間通過(guò)地源熱泵連接，地源熱泵受控于所述plc控制系統(tǒng)。

進(jìn)一步的，所述路面狀況檢測(cè)器用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)橋面氣象信息，所述氣象信息包括溫度、結(jié)冰、積雪情況，然后將所采集的橋面氣象信息輸送至所述plc控制系統(tǒng)進(jìn)行分析，若判定橋面溫度小于冰點(diǎn)值且橋面有積雪或結(jié)冰，則利用plc控制系統(tǒng)啟動(dòng)地源熱泵，通過(guò)熱交換使橋面升溫，自動(dòng)清除橋面冰雪；若無(wú)冰雪，則關(guān)閉地源熱泵。

進(jìn)一步的，所述地下集熱系統(tǒng)和橋面散熱系統(tǒng)中的換熱介質(zhì)為氯化鈉、氯化鈣鹽水溶液或乙二醇、丙二醇水溶液。

進(jìn)一步的，所述地下集熱系統(tǒng)及橋面散熱系統(tǒng)中的管材采用聚乙烯或聚丙烯塑料管。

進(jìn)一步的，所述輸熱管外表面包裹有保溫層，所述散熱管底部鋪設(shè)有隔熱層。

有益效果：由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明較好地實(shí)現(xiàn)了發(fā)明效果。當(dāng)冬季出現(xiàn)低溫雨雪冰凍天氣時(shí)，通過(guò)plc控制系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)地源熱泵，利用埋設(shè)于路基及樁基內(nèi)部的換熱管提取路基內(nèi)部及橋梁樁基周圍巖土體儲(chǔ)存的地?zé)崮?，在地源熱泵的?qū)動(dòng)作用下，熱量被橋面散熱系統(tǒng)中管道內(nèi)的換熱介質(zhì)所吸收，進(jìn)而通過(guò)熱交換使路橋過(guò)渡段橋面升溫，達(dá)到預(yù)防和清除橋面冰雪的作用。當(dāng)夏季氣溫較高時(shí)，系統(tǒng)可逆向運(yùn)行，降低橋梁橋面溫度，減少夏季高溫對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)受力的不利影響。本發(fā)明的一種利用淺層地?zé)崮艿闹悄苄蜆蛎嫒谘┗到y(tǒng)，無(wú)需人工操作，可自動(dòng)清除橋面冰雪，地?zé)崂寐始皞鳠嵝矢?，可控性好，環(huán)保節(jié)能，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益，特別適用于冬季寒冷潮濕且易于積雪或結(jié)冰環(huán)境下的路橋過(guò)渡段橋面的融雪化冰。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明利用淺層地?zé)崮艿闹悄苄蜆蛎嫒谘┗到y(tǒng)的應(yīng)用示意圖；

圖3為橋面散熱系統(tǒng)的平面布置示意圖；

圖4為橋面散熱系統(tǒng)的橫斷面示意圖。

圖中有：1為地下集熱系統(tǒng)，2為橋面散熱系統(tǒng)，3為地源熱泵，4為路面狀況檢測(cè)器，5為plc控制系統(tǒng)，6為水平地埋管，7為豎直地埋管，8為路基，9為樁基，10為輸熱管，11為橋面，12為散熱管，13為回流管，14為電纜線，15為保溫層，16為隔熱層。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)描述。

一種利用淺層地?zé)崮艿闹悄苄蜆蛎嫒谘┗到y(tǒng)，由地下集熱系統(tǒng)1、橋面散熱系統(tǒng)2、地源熱泵3、路面狀況檢測(cè)器4和plc控制系統(tǒng)5組成。地下集熱系統(tǒng)1由水平地埋管6和豎直地埋管7通過(guò)串聯(lián)方式構(gòu)成循環(huán)回路，水平地埋管6為在路基填筑過(guò)程中分層、水平埋設(shè)于路基8內(nèi)部的換熱管，豎直地埋管7為以螺旋型埋管形式埋設(shè)于橋梁樁基9內(nèi)部的換熱管。橋面散熱系統(tǒng)2由輸熱管10和埋置在橋面11鋪裝結(jié)構(gòu)層中的散熱管12及回流管13組成，并構(gòu)成循壞管路。路面狀況檢測(cè)器4嵌入到橋面表層，通過(guò)電纜線14與plc控制系統(tǒng)5的信號(hào)輸入端連接。地下集熱系統(tǒng)1與橋面散熱系統(tǒng)2之間通過(guò)地源熱泵3連接，地源熱泵3受控于plc控制系統(tǒng)5。

當(dāng)冬季出現(xiàn)低溫雨雪或冰凍天氣時(shí)，路面狀況檢測(cè)器4可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)橋面溫度、結(jié)冰、積雪情況，然后將所采集的橋面氣象信息自動(dòng)輸送至plc控制系統(tǒng)5進(jìn)行分析，由plc控制系統(tǒng)5結(jié)合當(dāng)前溫度判斷橋面11有無(wú)積雪或結(jié)冰。若判定橋面11溫度小于冰點(diǎn)值且橋面11有積雪或結(jié)冰，則通過(guò)plc控制系統(tǒng)5啟動(dòng)地源熱泵3，通過(guò)熱交換使橋面11升溫，自動(dòng)清除橋面冰雪；若無(wú)冰雪，則自動(dòng)關(guān)閉地源熱泵3。plc控制系統(tǒng)5可以通過(guò)溫度、流量和壓力等傳感器及采集模塊的程序?qū)崟r(shí)收集地源熱泵系統(tǒng)3中溫度、流量、壓力等參數(shù)，對(duì)運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。plc控制系統(tǒng)5還可以與無(wú)線通訊模塊相連接，通過(guò)遠(yuǎn)程終端實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的傳輸與遠(yuǎn)程監(jiān)控。

地下集熱系統(tǒng)1通過(guò)地埋管內(nèi)循環(huán)流動(dòng)的換熱介質(zhì)與路基內(nèi)部及橋梁樁基周圍巖土體體進(jìn)行熱交換，使轉(zhuǎn)熱介質(zhì)的溫度升高，在地源熱泵3的驅(qū)動(dòng)作用下，熱能由地下集熱系統(tǒng)1轉(zhuǎn)移流向橋面散熱系統(tǒng)2，并通過(guò)散熱管12內(nèi)的換熱介質(zhì)與橋梁橋面11之間實(shí)現(xiàn)熱交換，從而達(dá)到加熱橋面11及融雪化冰的效果。換熱介質(zhì)為氯化鈉、氯化鈣等鹽水溶液或乙二醇、丙二醇等有機(jī)化合物的水溶液，其在封閉的管道系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)熱能的吸收與傳遞。

為了提高系統(tǒng)的地?zé)崂寐始盁醾鬟f效率，減少循環(huán)過(guò)程中的熱量損失，地下集熱系統(tǒng)1及橋面散熱系統(tǒng)2中的管材均采用高密度耐熱聚乙烯塑料管，輸熱管10外表面使用聚氨脂泡沫塑料保溫層15包裹，散熱管12底部鋪設(shè)高強(qiáng)度擠塑聚苯乙烯板，作為隔熱層16。

以上僅為本發(fā)明的實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。