本發(fā)明屬于淺層地熱能利用技術及應用領域，尤其涉及一種利用淺層地熱能的智能型橋面融雪化冰系統(tǒng)，適用于寒冷潮濕且易于積雪或結冰環(huán)境下的橋梁橋面。

背景技術：

道路路面和橋面積雪結冰不僅會導致車輛行駛困難，影響行車安全，造成交通事故，而且還會引起嚴重的交通擁堵以及大范圍的交通癱瘓，造成巨大的經(jīng)濟損失。近年來，我國因冬季道橋積雪結冰造成的重大交通事故和大范圍的交通中斷時有發(fā)生，考慮到路面和橋面冰雪對交通安全、運輸和經(jīng)濟發(fā)展的重大影響，道路融雪化冰對冬季道路交通條件的改善起著至關重要作用，已經(jīng)成為道路養(yǎng)護工作中一個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融雪除冰技術和主動融雪技術兩大類，其中被動式融雪除冰技術主要有人工清除法、機械清除法和化學融雪法，這些方法已被廣泛應用在我國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、成本過高、使用條件限制等問題。主動式融雪技術主要是利用導電混凝土、電熱線纜等功能材料對路面或橋面進行加熱，達到融雪化冰目的，其中電熱線纜融雪法存在與路面結構的相容性問題，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；導電混凝土法雖與與路面層結合較好，但發(fā)熱較慢，材料均勻混合不易實現(xiàn)。而且，這兩種方法在運行過程中均是將電能轉化為熱能，不可避免地消耗大量電能，運行費用高。因此，開發(fā)一種快速、環(huán)保、經(jīng)濟、高效的融雪除冰技術迫在眉睫。

由于橋梁位于墩臺之上，不能吸收地熱，使得橋面溫度通常低于路面溫度2～3℃，因此，相比于路基路面，橋梁橋面更易積雪結冰，且橋面冰層融化滯后于路面冰層融化。

技術實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：針對上述現(xiàn)有技術，提供一種利用淺層地熱能對路橋過渡段橋梁橋面加熱升溫的融雪化冰系統(tǒng)，從而達到有效預防和清除橋面冰雪的效果。

技術方案：一種利用淺層地熱能的智能型橋面融雪化冰系統(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串聯(lián)或并聯(lián)方式構成循環(huán)回路，所述水平地埋管為在路基填筑過程中分層、水平埋設于路基內(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構層中的散熱管及回流管組成，并構成循壞管路；所述路面狀況檢測器嵌入到橋面表層并與plc控制系統(tǒng)的信號輸入端連接；所述地下集熱系統(tǒng)與橋面散熱系統(tǒng)之間通過地源熱泵連接，地源熱泵受控于所述plc控制系統(tǒng)。

進一步的，所述路面狀況檢測器用于實時監(jiān)測橋面氣象信息，所述氣象信息包括溫度、結冰、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)進行分析，若判定橋面溫度小于冰點值且橋面有積雪或結冰，則利用plc控制系統(tǒng)啟動地源熱泵，通過熱交換使橋面升溫，自動清除橋面冰雪；若無冰雪，則關閉地源熱泵。

進一步的，所述地下集熱系統(tǒng)和橋面散熱系統(tǒng)中的換熱介質為氯化鈉、氯化鈣鹽水溶液或乙二醇、丙二醇水溶液。

進一步的，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有隔熱層。

有益效果：由于采用上述技術方案，本發(fā)明較好地實現(xiàn)了發(fā)明效果。當冬季出現(xiàn)低溫雨雪冰凍天氣時，通過plc控制系統(tǒng)自動啟動地源熱泵，利用埋設于路基及樁基內(nèi)部的換熱管提取路基內(nèi)部及橋梁樁基周圍巖土體儲存的地熱能，在地源熱泵的驅動作用下，熱量被橋面散熱系統(tǒng)中管道內(nèi)的換熱介質所吸收，進而通過熱交換使路橋過渡段橋面升溫，達到預防和清除橋面冰雪的作用。當夏季氣溫較高時，系統(tǒng)可逆向運行，降低橋梁橋面溫度，減少夏季高溫對橋梁結構受力的不利影響。本發(fā)明的一種利用淺層地熱能的智能型橋面融雪化冰系統(tǒng)，無需人工操作，可自動清除橋面冰雪，地熱利用率及傳熱效率高，可控性好，環(huán)保節(jié)能，具有顯著的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益，特別適用于冬季寒冷潮濕且易于積雪或結冰環(huán)境下的路橋過渡段橋面的融雪化冰。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結構示意圖；

圖2為本發(fā)明利用淺層地熱能的智能型橋面融雪化冰系統(tǒng)的應用示意圖；

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。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進行詳細描述。

一種利用淺層地熱能的智能型橋面融雪化冰系統(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通過串聯(lián)方式構成循環(huán)回路，水平地埋管6為在路基填筑過程中分層、水平埋設于路基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鋪裝結構層中的散熱管12及回流管13組成，并構成循壞管路。路面狀況檢測器4嵌入到橋面表層，通過電纜線14與plc控制系統(tǒng)5的信號輸入端連接。地下集熱系統(tǒng)1與橋面散熱系統(tǒng)2之間通過地源熱泵3連接，地源熱泵3受控于plc控制系統(tǒng)5。

當冬季出現(xiàn)低溫雨雪或冰凍天氣時，路面狀況檢測器4可實時監(jiān)測橋面溫度、結冰、積雪情況，然后將所采集的橋面氣象信息自動輸送至plc控制系統(tǒng)5進行分析，由plc控制系統(tǒng)5結合當前溫度判斷橋面11有無積雪或結冰。若判定橋面11溫度小于冰點值且橋面11有積雪或結冰，則通過plc控制系統(tǒng)5啟動地源熱泵3，通過熱交換使橋面11升溫，自動清除橋面冰雪；若無冰雪，則自動關閉地源熱泵3。plc控制系統(tǒng)5可以通過溫度、流量和壓力等傳感器及采集模塊的程序實時收集地源熱泵系統(tǒng)3中溫度、流量、壓力等參數(shù)，對運行狀況進行實時監(jiān)測。plc控制系統(tǒng)5還可以與無線通訊模塊相連接，通過遠程終端實現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的傳輸與遠程監(jiān)控。

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

為了提高系統(tǒng)的地熱利用率及熱傳遞效率，減少循環(huán)過程中的熱量損失，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底部鋪設高強度擠塑聚苯乙烯板，作為隔熱層16。

以上僅為本發(fā)明的實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些均屬于本發(fā)明的保護范圍。