成員：融雪化冰路面新技術(shù)成員：融雪化冰路面1背景耗費大量的人力物力財力來融雪化冰背景耗費大量的人力物力財力來融雪化冰23融雪化冰新技術(shù)3融雪化冰新技術(shù)清除法優(yōu)點：安全環(huán)保缺點：影響交通，效率較低，適用范圍較小人工清除機(jī)械清除清除法優(yōu)點：安全環(huán)保人工清除機(jī)械清除4化學(xué)融化法撒布融雪鹽優(yōu)點：來源廣泛、價格便宜、

效果好，且可以起防滑作用。缺點：對環(huán)境造成嚴(yán)重污染和破壞，破壞土壤結(jié)構(gòu)、周圍植被、區(qū)域水源以及大氣環(huán)境；同時對路橋、運載工具造成嚴(yán)重腐蝕，破壞路面結(jié)構(gòu)（鋼筋、混凝土、瀝青等）和腐蝕金屬（汽車、地下管線等），可能造成巨大經(jīng)濟(jì)損失常用鹽類：尿素、鈣鎂乙酸鹽、乙烯二醇（相對效果好，昂貴）、醋酸鈣鎂鹽化學(xué)融化法撒布融雪鹽優(yōu)點：來源廣泛、價格便宜、缺點：對環(huán)境造5熱熔法熱熔法綠色太陽能融雪化冰微波加熱法循環(huán)熱流體加熱導(dǎo)電混凝土加熱（碳纖維）發(fā)熱電纜優(yōu)點：融雪效果好、無腐蝕無污染、社會經(jīng)濟(jì)效益明顯熱熔法熱熔法綠色太陽能融雪化冰微波加熱法循環(huán)熱流體加熱導(dǎo)電混6導(dǎo)電混凝土導(dǎo)電混凝土根據(jù)膠凝材料的不同無機(jī)類（如水泥導(dǎo)電混凝土和水玻璃導(dǎo)電混凝土）有機(jī)類（如瀝青導(dǎo)電混凝土和數(shù)樹脂導(dǎo)電混凝土）復(fù)合類（如聚合物導(dǎo)電混凝土和浸漬導(dǎo)電混凝土）2導(dǎo)電相材料的技術(shù)要求①良好的導(dǎo)電性②足夠的機(jī)械強(qiáng)度③溫度穩(wěn)定性④具有抗氧化作用⑤導(dǎo)電象和膠凝材料的線膨脹系數(shù)值必須相近⑥具有合適的形狀和大小來混摻到混凝土中3常用導(dǎo)電相材料①碳纖維（高強(qiáng)度、高比模量、耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞、導(dǎo)電傳熱，熱膨脹系數(shù)小等優(yōu)異性能）②石墨③炭黑④鋼纖維及鋼屑1分類導(dǎo)電混凝土導(dǎo)電混凝土根據(jù)無機(jī)類（如水泥導(dǎo)電混凝土和水玻璃導(dǎo)電7①碳纖維（高強(qiáng)度、高比模量、耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞、導(dǎo)電傳熱，熱膨脹系數(shù)小等優(yōu)異性能）將一對電極嵌在發(fā)熱混凝土寬度方向的兩端。能夠提高除冰效率目前國內(nèi)已經(jīng)開始擁有發(fā)熱電纜制造技術(shù)，該技術(shù)在我國道路行業(yè)的推廣仍有待研究。（2）在瀝青混凝土上覆蓋吸波性能好材料后大幅提升除冰效率,社會經(jīng)濟(jì)效益明顯250-400W/㎡。其中應(yīng)用最廣泛和發(fā)展最快的是地板輻射采暖系統(tǒng)，缺點：影響交通，效率較低，適用范圍較小3瞬間升溫，沒有余熱，能耗低夏季蓄能時，通常情況下，將熱泵短接，不需要其工作，流體吸收道路的熱量后，在循環(huán)水泵的作用下，直接進(jìn)入地下?lián)Q熱器，與土壤換熱后，再流進(jìn)道路吸熱。耗費大量的人力物力財力來融雪化冰（1）應(yīng)用鐵磁性道路材料能夠有效提高微波除冰效率注：4為高壓壓機(jī)，5為電極，外表面上的所有區(qū)域覆蓋有絕緣樹脂。發(fā)熱電纜是利用電流通過可導(dǎo)電材料產(chǎn)生受到電阻的阻礙將電能轉(zhuǎn)化為熱能的原理制成的，是將可導(dǎo)電材料通過特殊工藝封裝的發(fā)熱體。日本國家資源環(huán)境研究所(NIRE)于1995年在日本二戶市建造了首例全自動路面集熱蓄能式循環(huán)熱流體融雪化冰系統(tǒng),即Gaia工程。導(dǎo)電混凝土路面2原理通過按特定比例將粉末狀碳材料和未硬化的混凝土混合，然后用高壓壓機(jī)在約980千牛的壓力按壓它,使其失去水分并形成所需形狀。將一對電極嵌在發(fā)熱混凝土寬度方向的兩端。發(fā)熱混凝土體的外表面覆蓋有一絕緣涂層。為了在施加100V的電壓下發(fā)熱混凝土體獲得40W或更大的加熱功率，通過控制碳材料用量（1.8%左右），獲得良好的導(dǎo)電性并保證必要的強(qiáng)度（電阻﹤533Ω）①碳纖維（高強(qiáng)度、高比模量、耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞、導(dǎo)電傳8導(dǎo)電混凝土路面結(jié)構(gòu)將石墨和未硬化混凝土混合加鋪普通混凝土層和隔熱層的路面結(jié)構(gòu)制作步驟注：4為高壓壓機(jī)，5為電極，外表面上的所有區(qū)域覆蓋有絕緣樹脂。導(dǎo)電混凝土路面結(jié)構(gòu)將石墨和未硬化混凝土混合加鋪普通混凝土層和9結(jié)論：通電一段時間后，導(dǎo)電混凝土路面平均溫度比周圍空氣溫度高10℃左右，路表溫度可以上升到雪的融點以上，能夠成功將冰雪融化，而且整個加熱過程導(dǎo)電材料的電阻穩(wěn)定。導(dǎo)電混凝土路面融雪效果融雪過程電阻變化情況結(jié)論：通電一段時間后，導(dǎo)電混凝土路面平均溫度比周圍空氣溫度高10發(fā)熱電纜缺點：雖然發(fā)熱電纜融冰雪用于交通領(lǐng)域較為廣泛,但它存在融冰雪所需功率太大(耗能大)，融化效率相對太小，壽命較短，加熱溫度對瀝青路面影響較大的問題。發(fā)熱電纜加熱系統(tǒng)具有無污染、運行費用低、熱穩(wěn)定性好、控制方便等優(yōu)勢。發(fā)熱電纜缺點：雖然發(fā)熱電纜融冰雪用于交通領(lǐng)域較為廣泛,但它存11發(fā)熱電纜的組成、各部分功能：發(fā)熱電纜是利用電流通過可導(dǎo)電材料產(chǎn)生受到電阻的阻礙將電能轉(zhuǎn)化為熱能的原理制成的，是將可導(dǎo)電材料通過特殊工藝封裝的發(fā)熱體。如圖，發(fā)熱電纜一般由以下幾個部分構(gòu)成：發(fā)熱體、絕緣體、接地導(dǎo)線、金屬屏蔽層、防水護(hù)套，有些場合的電纜還有金屬加強(qiáng)護(hù)套。發(fā)熱電纜發(fā)熱電纜的組成、各部分功能：發(fā)熱電纜12發(fā)熱電纜發(fā)熱電纜的應(yīng)用及研究現(xiàn)狀近幾年來，芬蘭、丹麥、挪威、俄羅斯等國已經(jīng)有不少單位進(jìn)行發(fā)熱電纜的制造、安裝和技術(shù)研究工作，他們對于發(fā)熱電纜的設(shè)計、材料、施工安裝、檢驗、調(diào)試和驗收都已經(jīng)具備了相當(dāng)豐富的經(jīng)驗。發(fā)熱電纜低溫輻射系統(tǒng)以其特有的優(yōu)勢,很快得到了廣泛的應(yīng)用，如地板輻射采暖系統(tǒng)，管道伴熱系統(tǒng)，足球場、草坪、花壇供熱系統(tǒng)，特殊建筑（如廠房、機(jī)庫等）供熱系統(tǒng)，屋頂及屋頂天溝冰雪融化系統(tǒng)等。其中應(yīng)用最廣泛和發(fā)展最快的是地板輻射采暖系統(tǒng)，國內(nèi)外許多機(jī)場、體育館、大型居住小區(qū)等都采用了電熱輻射采暖技術(shù)。發(fā)熱電纜用于路面融雪化冰在國外（如北歐國家）已有應(yīng)用，但對工程應(yīng)用一些主要的問題包括如何進(jìn)行實際工程設(shè)計沒有見到有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和詳細(xì)報導(dǎo)。目前國內(nèi)已經(jīng)開始擁有發(fā)熱電纜制造技術(shù)，該技術(shù)在我國道路行業(yè)的推廣仍有待研究。發(fā)熱電纜發(fā)熱電纜的應(yīng)用及研究現(xiàn)狀發(fā)熱電纜用于路面融雪化冰在國13發(fā)熱電纜發(fā)熱電纜的鋪裝：發(fā)熱電纜的鋪裝方式一般為蛇形鋪裝，其工藝要求如下圖所示。發(fā)熱電纜在車道的融冰雪安裝有兩種方式，一種方式是用暖線覆蓋整個區(qū)域，這種方式適用于主車道的高流量區(qū)；另一種方式是只在車輪區(qū)安裝，這種適用于小區(qū)域如私人車庫車道。用于道路融雪化冰的發(fā)熱電纜系統(tǒng)屬于間歇運行方式，一般推薦鋪裝功率為250-400W/㎡。發(fā)熱電纜發(fā)熱電纜的鋪裝：14發(fā)熱電纜化冰效果初狀態(tài)2小時后3小時后5小時后發(fā)熱電纜化冰效果初狀態(tài)2小時后3小時后5小時后15綠色太陽能融雪化冰兩種實現(xiàn)形式太陽能存儲轉(zhuǎn)換系統(tǒng)給埋置在路面內(nèi)的電管加熱太陽能加熱低溫不凍結(jié)的液體，液體通過路面導(dǎo)管循環(huán)加熱三個關(guān)鍵技術(shù)混凝土導(dǎo)熱性能隔熱層材料太陽能管網(wǎng)設(shè)置綠色太陽能融雪化冰兩種實太陽能存儲轉(zhuǎn)換系統(tǒng)給埋置在路面內(nèi)的電16綠色太陽能融雪化冰導(dǎo)熱系數(shù)：鋼纖維混凝土>素混凝土>碳纖維混凝土素混凝土導(dǎo)熱系數(shù)隨水灰比的增大先增加后減小，隨砂率增大而減小隔熱材料：鋼纖維摻量越高，鋼纖維混凝土導(dǎo)熱性越好改善層間粘結(jié)狀態(tài)XPS板（擠塑聚苯乙烯板）綠色太陽能融雪化冰導(dǎo)熱系數(shù)：鋼纖維混凝土>素混凝土>碳纖維混17綠色太陽能融雪化冰管網(wǎng)布置：綠色太陽能融雪化冰管網(wǎng)布置：18綠色太陽能融雪化冰應(yīng)用：G318工布江達(dá)段到墨竹工卡搭建太陽能電池板太陽能電池埋置綠色太陽能融雪化冰應(yīng)用：G318工布江達(dá)段到墨竹工卡搭建太陽19綠色太陽能融雪化冰試驗路效果評價：(1)輸出功率133W，電壓40V，積雪厚5cm(2)輸出功率300W，電壓61V，積雪厚5cm綠色太陽能融雪化冰試驗路效果評價：(1)輸出功率133W，20微波加熱融雪技術(shù)1里外同時加熱，溫度均勻，速度較快2穿通性和選擇性強(qiáng)3瞬間升溫，沒有余熱，能耗低4不影響道路路用性能優(yōu)點：原理：當(dāng)用微波加熱冰雪路面時，由于冰的介電常數(shù)很小，冰層基本不吸收微波。故微波能量可以直接穿過冰層，加熱路面材料，路面和冰層之間的少量水因大量吸收微波能量而蒸發(fā)，從而使冰層和路面的結(jié)合力大大降低了，再輔以機(jī)械除冰裝置，很容易破碎和剝離冰層，可以實現(xiàn)快速有效清除冰雪。微波加熱融雪技術(shù)1里外同時加熱，溫度均勻，速度較快優(yōu)點：原21微波加熱融雪技術(shù)微波除冰車：微波加熱融雪技術(shù)微波除冰車：22微波加熱融雪技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)：2加熱方式（1）間歇式加熱好于持續(xù)加熱除冰效果，采用間歇式加熱，每次間歇時間為10秒加熱除冰效果最好。（2）連續(xù)加熱完后再間歇優(yōu)于加熱、間歇交錯進(jìn)行，加熱結(jié)束后,表面溫度仍然在上升,在加熱結(jié)束30s左右除冰,效果最佳（1）5.8GHz頻段微波除冰效率是2.45GHz頻段微波的4一6倍，提高微波頻率，能夠提高除冰效率（2）瀝青混凝土能更好地吸收5.8GHz頻段微波1微波頻率微波加熱融雪技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)：2加熱方式（1）間歇式加熱好23微波加熱融雪技術(shù)（1）水泥混凝土吸收微波性能優(yōu)于瀝青混凝土,加熱16分鐘,距表面60mm范圍內(nèi),平均溫升高約60℃（2）水泥混凝土試樣除冰效率是瀝青混凝土試樣的一倍3道路材料關(guān)鍵技術(shù)：微波加熱融雪技術(shù)（1）水泥混凝土吸收微波性能優(yōu)于瀝青混凝土,24微波加熱融雪技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)：（1）冰厚為50mm、30mm和20mm時,冰層和路面結(jié)合處溫度到達(dá)0℃所需的時間基本相同（2）冰厚為10mm和5mm時,冰層和路面結(jié)合處溫度到達(dá)0℃所需的時間分別為139s和112s,相對于50mm冰層除冰效率變化有限。（3）對于微波除冰,冰厚對除冰效率影響很小,體現(xiàn)了微波除厚冰層的優(yōu)勢。4不同冰厚的影響微波加熱融雪技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)：（1）冰厚為50mm、30mm和225微波加熱融雪技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)：（1）應(yīng)用鐵磁性道路材料能夠有效提高微波除冰效率（2）在瀝青混凝土上覆蓋吸波性能好材料后大幅提升除冰效率,使用覆層試樣提高了除冰效率約5倍。5鐵磁礦石應(yīng)用于提升微波除冰效率微波加熱融雪技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)：（1）應(yīng)用鐵磁性道路材料能夠有效提26循環(huán)熱流體加熱循環(huán)熱流體加熱方法即預(yù)先埋設(shè)管道，通過管道內(nèi)流動的熱流體將熱量傳遞給路面，從而融化路面積雪和結(jié)冰。常用方法地?zé)峁芊ǎ和ㄟ^熱管的毛細(xì)作用將地下熱量傳遞到道路路面上熱流體法：利用夏季高溫路面，將熱量儲存于地下，冬季時再將夏季儲存的熱量提取循環(huán)熱流體加熱循環(huán)熱流體加熱方法即預(yù)先埋設(shè)管道，通過管道內(nèi)流27循環(huán)熱流體加熱發(fā)展現(xiàn)狀：1948年,美國就開展嘗試?yán)玫叵聼崴穆访嫒谘┗夹g(shù),并在美國俄勒岡州Klamath的一段140m的道路上實施試驗工程,并于1998年進(jìn)行全面升級更換了路面和管網(wǎng)，更新了循環(huán)水泵。1980年開始,冰島國也利用豐富的地?zé)崴Y源,推廣道路融雪化冰工程應(yīng)用,目前全國利用面積達(dá)74萬m2,其中首都雷克亞未克地區(qū)達(dá)46萬m2美國OklahomaStateUniversity(OSU)大學(xué),從1998年開始,開展路橋熱流體循環(huán)融雪化冰技術(shù)的研究工作,在OSU建立了目前世界上最大的路橋?qū)Ｓ脤嶒炏到y(tǒng)。將路面作為太陽能集熱系統(tǒng)開展融雪化冰和集熱蓄熱過程的研究。日本國家資源環(huán)境研究所(NIRE)于1995年在日本二戶市建造了首例全自動路面集熱蓄能式循環(huán)熱流體融雪化冰系統(tǒng),即Gaia工程。國外發(fā)展循環(huán)熱流體加熱發(fā)展現(xiàn)狀：1948年,美國就開展嘗試?yán)玫叵?8循環(huán)熱流體加熱2007年，大連理工大學(xué)利用商業(yè)軟件對夏季路基集熱進(jìn)行初步的模擬計算，得出逐時路面平均溫度、集熱量和出口溫度等參數(shù)的變化情況。武漢理工大學(xué)實驗研究了導(dǎo)熱瀝青混凝土的性能，得出在瀝青混凝圖中加入適量的石墨可以大大提高其導(dǎo)熱能力，并用模型驗證了其結(jié)論。國內(nèi)發(fā)展近年來,武漢理工大學(xué)、天津大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)等單位相繼開始不同形式的熱融雪化冰技術(shù)研究和探索。分別在碳纖維導(dǎo)電混凝土熱融雪化冰、太陽能-土壤蓄熱的融冰技術(shù),以及發(fā)熱電纜用于路面融雪化冰等方面開展探索研究。

1997年，吉林大學(xué)研究者高一平率先提出太陽能蓄熱融雪化冰在我國北方應(yīng)用設(shè)想，總體分析我國三北（東北、華北、西北）地區(qū)路面太陽能集熱融雪的概況循環(huán)熱流體加熱2007年，大連理工大學(xué)利用商業(yè)軟件對夏季路29循環(huán)熱流體加熱循環(huán)熱流體集熱蓄能融雪化冰系統(tǒng)分為兩大部分，一部分為道路部分，由熱泵冷凝器、循環(huán)水泵和加熱管網(wǎng)組成；另一部分為地下部分，由地下?lián)Q熱器、循環(huán)水泵和熱泵蒸發(fā)器組成。從功能上來說，循環(huán)熱流體加熱系統(tǒng)分為以下幾部分：路面融雪化冰模塊、熱泵模塊、地下?lián)Q熱器模塊、水泵模塊、道路集熱蓄能模塊循環(huán)熱流體加熱循環(huán)熱流體集熱蓄能融雪化冰系統(tǒng)分為兩大部分，一30循環(huán)熱流體加熱冬季融雪時，在道路部分，載熱流體經(jīng)過熱泵冷凝器加熱后，在循環(huán)水泵的作用下進(jìn)入加熱管網(wǎng)放熱，再回到冷凝器加熱，如此反復(fù)循環(huán)，將道路積雪融化。在地下部分，載熱流體經(jīng)過地下?lián)Q熱器吸熱后，在循環(huán)水泵的作用下進(jìn)入熱泵蒸發(fā)器放熱，最后又進(jìn)入地下?lián)Q熱器進(jìn)行吸熱，如此反復(fù)循環(huán)，不斷將地下熱量提取。夏季蓄能時，通常情況下，將熱泵短接，不需要其工作，流體吸收道路的熱量后，在循環(huán)水泵的作用下，直接進(jìn)入地下?lián)Q熱器，與土壤換熱后，再流進(jìn)道路吸熱。如此反復(fù)循環(huán)，不斷把道路所集熱量傳遞到地下。循環(huán)熱流體加熱冬季融雪時，在道路部分，載熱流體經(jīng)過熱泵冷凝器31效果好，且可以起防滑作用。將一對電極嵌在發(fā)熱混凝土寬度方向的兩端。同時對路橋、運載工具造成嚴(yán)重腐蝕，破壞路面結(jié)構(gòu)（鋼筋、混凝土、瀝青等）和腐蝕金屬（汽車、地下管線等），可能造成巨大經(jīng)濟(jì)損失冬季融雪時，在道路部分，載熱流體經(jīng)過熱泵冷凝器加熱后，在循環(huán)水泵的作用下進(jìn)入加熱管網(wǎng)放熱，再回到冷凝器加熱，如此反復(fù)循環(huán)，將道路積雪融化。②石墨③炭黑④鋼纖維及鋼屑路面融雪化冰模塊、熱泵模塊、地下?lián)Q熱器模塊、水泵模塊、道路集熱蓄能模塊復(fù)合類（如聚合物導(dǎo)電混凝土和浸漬導(dǎo)電混凝土）耗費大量的人力物力財力來融雪化冰發(fā)熱電纜用于路面融雪化冰在國外（如北歐國家）已有應(yīng)用，但對工程應(yīng)用一些主要的問題包括如何進(jìn)行實際工程設(shè)計沒有見到有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和詳細(xì)報導(dǎo)。如圖，發(fā)熱電纜一般由以下幾個部分構(gòu)成：發(fā)熱體、絕緣體、接地導(dǎo)線、金屬屏蔽層、防水護(hù)套，有些場合的電纜還有金屬加強(qiáng)護(hù)套。循環(huán)熱流體集熱蓄能融雪化冰系統(tǒng)分為兩大部分，一部分為道路部分，由熱泵冷凝器、循環(huán)水泵和加熱管網(wǎng)組成；（2）瀝青混凝土能更好地吸收5.缺點：影響交通，效率較低，適用范圍較小在地下部分，載熱流體經(jīng)過地下?lián)Q熱器吸熱后，在循環(huán)水泵的作用下進(jìn)入熱泵蒸發(fā)器放熱，最后又進(jìn)入地下?lián)Q熱器進(jìn)行吸熱，如此反復(fù)循環(huán)，不斷將地下熱量提取。（2）在瀝青混凝土上覆蓋吸波性能好材料后大幅提升除冰效率,當(dāng)用微波加熱冰雪路面時，由于冰的介電常數(shù)很小，冰層基本不吸收①碳纖維（高強(qiáng)度、高比模量、耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞、導(dǎo)電傳熱，熱膨脹系數(shù)小等優(yōu)異性能）目前國內(nèi)已經(jīng)開始擁有發(fā)熱電纜制造技術(shù)，該技術(shù)在我國道路行業(yè)的推廣仍有待研究。1里外同時加熱，溫度均勻，速度較快循環(huán)熱流體加熱美國Wall橋地?zé)崛谘┗到y(tǒng)俄勒岡市理工學(xué)院瑞士A8高速公路效果好，且可以起防滑作用。循環(huán)熱流體加熱美國Wall橋地?zé)崛?2ThankYouThankYou33背景耗費大量的人力物力財力來融雪化冰背景耗費大量的人力物力財力來融雪化冰3435融雪化冰新技術(shù)35融雪化冰新技術(shù)熱熔法熱熔法綠色太陽能融雪化冰微波加熱法循環(huán)熱流體加熱導(dǎo)電混凝土加熱（碳纖維）發(fā)熱電纜優(yōu)點：融雪效果好、無腐蝕無污染、社會經(jīng)濟(jì)效益明顯熱熔法熱熔法綠色太陽能融雪化冰微波加熱法循環(huán)熱流體加熱導(dǎo)電混36綠色太陽能融雪化冰導(dǎo)熱系數(shù)：鋼纖維混凝土>素混凝土>碳纖維混凝土素混凝土導(dǎo)熱系數(shù)隨水灰比的增大先增加后減小，隨砂率增大而減小隔熱材料：鋼纖維摻量越高，鋼纖維混凝土導(dǎo)熱性越好改善層間粘結(jié)狀態(tài)XPS板（擠塑聚苯乙烯板）綠色太陽能融雪化冰導(dǎo)熱系數(shù)：鋼纖維混凝土>素混凝土>碳纖維混37綠色太陽能融雪化冰管網(wǎng)布置：綠色太陽能融雪化冰管網(wǎng)布置：38微波加熱融雪技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)：（1）應(yīng)用鐵磁性道路材料能夠有效提高微波除冰效率（2）在瀝青混凝土上覆蓋吸波性能好材料后大幅提升除冰效率,使用覆層試樣提高了除冰效率約5倍。5鐵磁礦石應(yīng)用于提升微波除冰效率微波加熱融雪技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)：（1）應(yīng)用鐵磁性道路材料能夠有效提39融雪化冰路面新技術(shù)完整資料課件成員：融雪化冰路面新技術(shù)成員：融雪化冰路面41背景耗費大量的人力物力財力來融雪化冰背景耗費大量的人力物力財力來融雪化冰4243融雪化冰新技術(shù)3融雪化冰新技術(shù)清除法優(yōu)點：安全環(huán)保缺點：影響交通，效率較低，適用范圍較小人工清除機(jī)械清除清除法優(yōu)點：安全環(huán)保人工清除機(jī)械清除44化學(xué)融化法撒布融雪鹽優(yōu)點：來源廣泛、價格便宜、

效果好，且可以起防滑作用。缺點：對環(huán)境造成嚴(yán)重污染和破壞，破壞土壤結(jié)構(gòu)、周圍植被、區(qū)域水源以及大氣環(huán)境；同時對路橋、運載工具造成嚴(yán)重腐蝕，破壞路面結(jié)構(gòu)（鋼筋、混凝土、瀝青等）和腐蝕金屬（汽車、地下管線等），可能造成巨大經(jīng)濟(jì)損失常用鹽類：尿素、鈣鎂乙酸鹽、乙烯二醇（相對效果好，昂貴）、醋酸鈣鎂鹽化學(xué)融化法撒布融雪鹽優(yōu)點：來源廣泛、價格便宜、缺點：對環(huán)境造45熱熔法熱熔法綠色太陽能融雪化冰微波加熱法循環(huán)熱流體加熱導(dǎo)電混凝土加熱（碳纖維）發(fā)熱電纜優(yōu)點：融雪效果好、無腐蝕無污染、社會經(jīng)濟(jì)效益明顯熱熔法熱熔法綠色太陽能融雪化冰微波加熱法循環(huán)熱流體加熱導(dǎo)電混46導(dǎo)電混凝土導(dǎo)電混凝土根據(jù)膠凝材料的不同無機(jī)類（如水泥導(dǎo)電混凝土和水玻璃導(dǎo)電混凝土）有機(jī)類（如瀝青導(dǎo)電混凝土和數(shù)樹脂導(dǎo)電混凝土）復(fù)合類（如聚合物導(dǎo)電混凝土和浸漬導(dǎo)電混凝土）2導(dǎo)電相材料的技術(shù)要求①良好的導(dǎo)電性②足夠的機(jī)械強(qiáng)度③溫度穩(wěn)定性④具有抗氧化作用⑤導(dǎo)電象和膠凝材料的線膨脹系數(shù)值必須相近⑥具有合適的形狀和大小來混摻到混凝土中3常用導(dǎo)電相材料①碳纖維（高強(qiáng)度、高比模量、耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞、導(dǎo)電傳熱，熱膨脹系數(shù)小等優(yōu)異性能）②石墨③炭黑④鋼纖維及鋼屑1分類導(dǎo)電混凝土導(dǎo)電混凝土根據(jù)無機(jī)類（如水泥導(dǎo)電混凝土和水玻璃導(dǎo)電47①碳纖維（高強(qiáng)度、高比模量、耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞、導(dǎo)電傳熱，熱膨脹系數(shù)小等優(yōu)異性能）將一對電極嵌在發(fā)熱混凝土寬度方向的兩端。能夠提高除冰效率目前國內(nèi)已經(jīng)開始擁有發(fā)熱電纜制造技術(shù)，該技術(shù)在我國道路行業(yè)的推廣仍有待研究。（2）在瀝青混凝土上覆蓋吸波性能好材料后大幅提升除冰效率,社會經(jīng)濟(jì)效益明顯250-400W/㎡。其中應(yīng)用最廣泛和發(fā)展最快的是地板輻射采暖系統(tǒng)，缺點：影響交通，效率較低，適用范圍較小3瞬間升溫，沒有余熱，能耗低夏季蓄能時，通常情況下，將熱泵短接，不需要其工作，流體吸收道路的熱量后，在循環(huán)水泵的作用下，直接進(jìn)入地下?lián)Q熱器，與土壤換熱后，再流進(jìn)道路吸熱。耗費大量的人力物力財力來融雪化冰（1）應(yīng)用鐵磁性道路材料能夠有效提高微波除冰效率注：4為高壓壓機(jī)，5為電極，外表面上的所有區(qū)域覆蓋有絕緣樹脂。發(fā)熱電纜是利用電流通過可導(dǎo)電材料產(chǎn)生受到電阻的阻礙將電能轉(zhuǎn)化為熱能的原理制成的，是將可導(dǎo)電材料通過特殊工藝封裝的發(fā)熱體。日本國家資源環(huán)境研究所(NIRE)于1995年在日本二戶市建造了首例全自動路面集熱蓄能式循環(huán)熱流體融雪化冰系統(tǒng),即Gaia工程。導(dǎo)電混凝土路面2原理通過按特定比例將粉末狀碳材料和未硬化的混凝土混合，然后用高壓壓機(jī)在約980千牛的壓力按壓它,使其失去水分并形成所需形狀。將一對電極嵌在發(fā)熱混凝土寬度方向的兩端。發(fā)熱混凝土體的外表面覆蓋有一絕緣涂層。為了在施加100V的電壓下發(fā)熱混凝土體獲得40W或更大的加熱功率，通過控制碳材料用量（1.8%左右），獲得良好的導(dǎo)電性并保證必要的強(qiáng)度（電阻﹤533Ω）①碳纖維（高強(qiáng)度、高比模量、耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞、導(dǎo)電傳48導(dǎo)電混凝土路面結(jié)構(gòu)將石墨和未硬化混凝土混合加鋪普通混凝土層和隔熱層的路面結(jié)構(gòu)制作步驟注：4為高壓壓機(jī)，5為電極，外表面上的所有區(qū)域覆蓋有絕緣樹脂。導(dǎo)電混凝土路面結(jié)構(gòu)將石墨和未硬化混凝土混合加鋪普通混凝土層和49結(jié)論：通電一段時間后，導(dǎo)電混凝土路面平均溫度比周圍空氣溫度高10℃左右，路表溫度可以上升到雪的融點以上，能夠成功將冰雪融化，而且整個加熱過程導(dǎo)電材料的電阻穩(wěn)定。導(dǎo)電混凝土路面融雪效果融雪過程電阻變化情況結(jié)論：通電一段時間后，導(dǎo)電混凝土路面平均溫度比周圍空氣溫度高50發(fā)熱電纜缺點：雖然發(fā)熱電纜融冰雪用于交通領(lǐng)域較為廣泛,但它存在融冰雪所需功率太大(耗能大)，融化效率相對太小，壽命較短，加熱溫度對瀝青路面影響較大的問題。發(fā)熱電纜加熱系統(tǒng)具有無污染、運行費用低、熱穩(wěn)定性好、控制方便等優(yōu)勢。發(fā)熱電纜缺點：雖然發(fā)熱電纜融冰雪用于交通領(lǐng)域較為廣泛,但它存51發(fā)熱電纜的組成、各部分功能：發(fā)熱電纜是利用電流通過可導(dǎo)電材料產(chǎn)生受到電阻的阻礙將電能轉(zhuǎn)化為熱能的原理制成的，是將可導(dǎo)電材料通過特殊工藝封裝的發(fā)熱體。如圖，發(fā)熱電纜一般由以下幾個部分構(gòu)成：發(fā)熱體、絕緣體、接地導(dǎo)線、金屬屏蔽層、防水護(hù)套，有些場合的電纜還有金屬加強(qiáng)護(hù)套。發(fā)熱電纜發(fā)熱電纜的組成、各部分功能：發(fā)熱電纜52發(fā)熱電纜發(fā)熱電纜的應(yīng)用及研究現(xiàn)狀近幾年來，芬蘭、丹麥、挪威、俄羅斯等國已經(jīng)有不少單位進(jìn)行發(fā)熱電纜的制造、安裝和技術(shù)研究工作，他們對于發(fā)熱電纜的設(shè)計、材料、施工安裝、檢驗、調(diào)試和驗收都已經(jīng)具備了相當(dāng)豐富的經(jīng)驗。發(fā)熱電纜低溫輻射系統(tǒng)以其特有的優(yōu)勢,很快得到了廣泛的應(yīng)用，如地板輻射采暖系統(tǒng)，管道伴熱系統(tǒng)，足球場、草坪、花壇供熱系統(tǒng)，特殊建筑（如廠房、機(jī)庫等）供熱系統(tǒng)，屋頂及屋頂天溝冰雪融化系統(tǒng)等。其中應(yīng)用最廣泛和發(fā)展最快的是地板輻射采暖系統(tǒng)，國內(nèi)外許多機(jī)場、體育館、大型居住小區(qū)等都采用了電熱輻射采暖技術(shù)。發(fā)熱電纜用于路面融雪化冰在國外（如北歐國家）已有應(yīng)用，但對工程應(yīng)用一些主要的問題包括如何進(jìn)行實際工程設(shè)計沒有見到有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和詳細(xì)報導(dǎo)。目前國內(nèi)已經(jīng)開始擁有發(fā)熱電纜制造技術(shù)，該技術(shù)在我國道路行業(yè)的推廣仍有待研究。發(fā)熱電纜發(fā)熱電纜的應(yīng)用及研究現(xiàn)狀發(fā)熱電纜用于路面融雪化冰在國53發(fā)熱電纜發(fā)熱電纜的鋪裝：發(fā)熱電纜的鋪裝方式一般為蛇形鋪裝，其工藝要求如下圖所示。發(fā)熱電纜在車道的融冰雪安裝有兩種方式，一種方式是用暖線覆蓋整個區(qū)域，這種方式適用于主車道的高流量區(qū)；另一種方式是只在車輪區(qū)安裝，這種適用于小區(qū)域如私人車庫車道。用于道路融雪化冰的發(fā)熱電纜系統(tǒng)屬于間歇運行方式，一般推薦鋪裝功率為250-400W/㎡。發(fā)熱電纜發(fā)熱電纜的鋪裝：54發(fā)熱電纜化冰效果初狀態(tài)2小時后3小時后5小時后發(fā)熱電纜化冰效果初狀態(tài)2小時后3小時后5小時后55綠色太陽能融雪化冰兩種實現(xiàn)形式太陽能存儲轉(zhuǎn)換系統(tǒng)給埋置在路面內(nèi)的電管加熱太陽能加熱低溫不凍結(jié)的液體，液體通過路面導(dǎo)管循環(huán)加熱三個關(guān)鍵技術(shù)混凝土導(dǎo)熱性能隔熱層材料太陽能管網(wǎng)設(shè)置綠色太陽能融雪化冰兩種實太陽能存儲轉(zhuǎn)換系統(tǒng)給埋置在路面內(nèi)的電56綠色太陽能融雪化冰導(dǎo)熱系數(shù)：鋼纖維混凝土>素混凝土>碳纖維混凝土素混凝土導(dǎo)熱系數(shù)隨水灰比的增大先增加后減小，隨砂率增大而減小隔熱材料：鋼纖維摻量越高，鋼纖維混凝土導(dǎo)熱性越好改善層間粘結(jié)狀態(tài)XPS板（擠塑聚苯乙烯板）綠色太陽能融雪化冰導(dǎo)熱系數(shù)：鋼纖維混凝土>素混凝土>碳纖維混57綠色太陽能融雪化冰管網(wǎng)布置：綠色太陽能融雪化冰管網(wǎng)布置：58綠色太陽能融雪化冰應(yīng)用：G318工布江達(dá)段到墨竹工卡搭建太陽能電池板太陽能電池埋置綠色太陽能融雪化冰應(yīng)用：G318工布江達(dá)段到墨竹工卡搭建太陽59綠色太陽能融雪化冰試驗路效果評價：(1)輸出功率133W，電壓40V，積雪厚5cm(2)輸出功率300W，電壓61V，積雪厚5cm綠色太陽能融雪化冰試驗路效果評價：(1)輸出功率133W，60微波加熱融雪技術(shù)1里外同時加熱，溫度均勻，速度較快2穿通性和選擇性強(qiáng)3瞬間升溫，沒有余熱，能耗低4不影響道路路用性能優(yōu)點：原理：當(dāng)用微波加熱冰雪路面時，由于冰的介電常數(shù)很小，冰層基本不吸收微波。故微波能量可以直接穿過冰層，加熱路面材料，路面和冰層之間的少量水因大量吸收微波能量而蒸發(fā)，從而使冰層和路面的結(jié)合力大大降低了，再輔以機(jī)械除冰裝置，很容易破碎和剝離冰層，可以實現(xiàn)快速有效清除冰雪。微波加熱融雪技術(shù)1里外同時加熱，溫度均勻，速度較快優(yōu)點：原61微波加熱融雪技術(shù)微波除冰車：微波加熱融雪技術(shù)微波除冰車：62微波加熱融雪技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)：2加熱方式（1）間歇式加熱好于持續(xù)加熱除冰效果，采用間歇式加熱，每次間歇時間為10秒加熱除冰效果最好。（2）連續(xù)加熱完后再間歇優(yōu)于加熱、間歇交錯進(jìn)行，加熱結(jié)束后,表面溫度仍然在上升,在加熱結(jié)束30s左右除冰,效果最佳（1）5.8GHz頻段微波除冰效率是2.45GHz頻段微波的4一6倍，提高微波頻率，能夠提高除冰效率（2）瀝青混凝土能更好地吸收5.8GHz頻段微波1微波頻率微波加熱融雪技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)：2加熱方式（1）間歇式加熱好63微波加熱融雪技術(shù)（1）水泥混凝土吸收微波性能優(yōu)于瀝青混凝土,加熱16分鐘,距表面60mm范圍內(nèi),平均溫升高約60℃（2）水泥混凝土試樣除冰效率是瀝青混凝土試樣的一倍3道路材料關(guān)鍵技術(shù)：微波加熱融雪技術(shù)（1）水泥混凝土吸收微波性能優(yōu)于瀝青混凝土,64微波加熱融雪技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)：（1）冰厚為50mm、30mm和20mm時,冰層和路面結(jié)合處溫度到達(dá)0℃所需的時間基本相同（2）冰厚為10mm和5mm時,冰層和路面結(jié)合處溫度到達(dá)0℃所需的時間分別為139s和112s,相對于50mm冰層除冰效率變化有限。（3）對于微波除冰,冰厚對除冰效率影響很小,體現(xiàn)了微波除厚冰層的優(yōu)勢。4不同冰厚的影響微波加熱融雪技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)：（1）冰厚為50mm、30mm和265微波加熱融雪技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)：（1）應(yīng)用鐵磁性道路材料能夠有效提高微波除冰效率（2）在瀝青混凝土上覆蓋吸波性能好材料后大幅提升除冰效率,使用覆層試樣提高了除冰效率約5倍。5鐵磁礦石應(yīng)用于提升微波除冰效率微波加熱融雪技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)：（1）應(yīng)用鐵磁性道路材料能夠有效提66循環(huán)熱流體加熱循環(huán)熱流體加熱方法即預(yù)先埋設(shè)管道，通過管道內(nèi)流動的熱流體將熱量傳遞給路面，從而融化路面積雪和結(jié)冰。常用方法地?zé)峁芊ǎ和ㄟ^熱管的毛細(xì)作用將地下熱量傳遞到道路路面上熱流體法：利用夏季高溫路面，將熱量儲存于地下，冬季時再將夏季儲存的熱量提取循環(huán)熱流體加熱循環(huán)熱流體加熱方法即預(yù)先埋設(shè)管道，通過管道內(nèi)流67循環(huán)熱流體加熱發(fā)展現(xiàn)狀：1948年,美國就開展嘗試?yán)玫叵聼崴穆访嫒谘┗夹g(shù),并在美國俄勒岡州Klamath的一段140m的道路上實施試驗工程,并于1998年進(jìn)行全面升級更換了路面和管網(wǎng)，更新了循環(huán)水泵。1980年開始,冰島國也利用豐富的地?zé)崴Y源,推廣道路融雪化冰工程應(yīng)用,目前全國利用面積達(dá)74萬m2,其中首都雷克亞未克地區(qū)達(dá)46萬m2美國OklahomaStateUniversity(OSU)大學(xué),從1998年開始,開展路橋熱流體循環(huán)融雪化冰技術(shù)的研究工作,在OSU建立了目前世界上最大的路橋?qū)Ｓ脤嶒炏到y(tǒng)。將路面作為太陽能集熱系統(tǒng)開展融雪化冰和集熱蓄熱過程的研究。日本國家資源環(huán)境研究所(NIRE)于1995年在日本二戶市建造了首例全自動路面集熱蓄能式循環(huán)熱流體融雪化冰系統(tǒng),即Gaia工程。國外發(fā)展循環(huán)熱流體加熱發(fā)展現(xiàn)狀：1948年,美國就開展嘗試?yán)玫叵?8循環(huán)熱流體加熱2007年，大連理工大學(xué)利用商業(yè)軟件對夏季路基集熱進(jìn)行初步的模擬計算，得出逐時路面平均溫度、集熱量和出口溫度等參數(shù)的變化情況。武漢理工大學(xué)實驗研究了導(dǎo)熱瀝青混凝土的性能，得出在瀝青混凝圖中加入適量的石墨可以大大提高其導(dǎo)熱能力，并用模型驗證了其結(jié)論。國內(nèi)發(fā)展近年來,武漢理工大學(xué)、天津大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)等單位相繼開始不同形式的熱融雪化冰技術(shù)研究和探索。分別在碳纖維導(dǎo)電混凝土熱融雪化冰、太陽能-土壤蓄熱的融冰技術(shù),以及發(fā)熱電纜用于路面融雪化冰等方面開展探索研究。

1997年，吉林大學(xué)研究者高一平率先提出太陽能蓄熱融雪化冰在我國北方應(yīng)用設(shè)想，總體分析我國三北（東北、華北、西北）地區(qū)路面太陽能集熱融雪的概況循環(huán)熱流體加熱2007年，大連理工大學(xué)利用商業(yè)軟件對夏季路69循環(huán)熱流體加熱循環(huán)熱流體集熱蓄能融雪化冰系統(tǒng)分為兩大部分，一部分為道路部分，由熱泵冷凝器、循環(huán)水泵和加熱管網(wǎng)組成；另一部分為地下部分，由地下?lián)Q熱器、循環(huán)水泵和熱泵蒸發(fā)器組成。從功能上來說，循環(huán)熱流體加熱系統(tǒng)分為以下幾部分：路面融雪化冰模塊、熱泵模塊、地下?lián)Q熱器模塊、水泵模塊、道路集熱蓄能模塊循環(huán)熱流體加熱循環(huán)熱流體集熱蓄能融雪化冰系統(tǒng)分為兩大部分，一70循環(huán)熱流體加熱冬季融雪時，在道路部分，載熱流體經(jīng)過熱泵冷凝器加熱后，在循環(huán)水泵的作用下進(jìn)入加熱管網(wǎng)放熱，再回到冷凝器加熱，如此反復(fù)循環(huán)，將道路積雪融化。在地下部分，載熱流體經(jīng)過地下?lián)Q熱器吸熱后，在循環(huán)水泵的作用下進(jìn)入熱泵蒸發(fā)器放熱，最后又進(jìn)入地下?lián)Q熱器進(jìn)行吸熱，如此反復(fù)循環(huán)，不斷將地下熱量提取。夏季蓄能時，通常情況下，將熱泵短接，不需要其工作，流體吸收道路的熱量后，在循環(huán)