道路太阳能利用系统的试验应用研究

【摘要】：夏季的沥青路面吸收太阳辐射热，路面温度最高可以达到60℃以上，高温造成沥青混凝土承载能力下降，致使路面出现严重的车辙现象；冬季的沥青路面温度较低，容易出现积雪冻冰和低温缩裂现象，严重影响交通运行和道路的使用性能。如果将夏季沥青路面的热量收集并储存起来，不仅可以降低沥青路面温度，防止路面的高温变形，还可以在冬季将储存的热量释放出来提升沥青路面温度，起到融雪化冰的效果。 不同于以往的数值传热模拟方法，本文基于保护路面和融雪化冰的需求，在天津市某一空地搭建了道路太阳能利用系统的试验平台，进行实体工程换热效果的验证。本文在实验地点修建了一段沥青道路，并在沥青面层的底部铺设了总长为238m的水平换热器，换热器通过水泵与竖直地埋管连接，构成一个道路太阳能利用回路。本文还设计了数据自动采集程序，对室外温度、太阳辐射强度、道路温度、地下土壤温度和路面换热器的换热量进行了一年的实时数据监测，以此来分析道路太阳能利用系统的实际换热情况和应用效果。 试验结果表明：在夏季，持续的太阳辐射使普通沥青路面温度最高达到62.3℃，而道路太阳能利用系统的夏季集热工况可以有效降低路面温度，最大可以降低6.8℃，夏季的全天平均温降为2.8℃。在自然辐照环境下日间的沥青路面平均得热效率为36.8%，系统的平均蓄热效率为20.5%。在秋季，系统停止运行，夏季储存在地下换热器附近的2821kWh的热量向周围土壤扩散，到系统冬季运行工况开始时，地下埋管周围的监测点温度下降了4.4℃，仍高于土壤原始温度1.6℃。在冬季，普通沥青路面温度最低达到-12.5℃，系统运行时储存在地下土壤中的热量通过循环水向沥青路面放热，最大可提高路面温度16.4℃，冬季的全天平均温升为4.1℃。在冬季104天的运行时间里，系统从地下土壤中取热4598kWh，试验路面温度低于冰点的时间约占总时间的27%，较普通路面降低了32%的冰冻时间，可以有效防止路面积雪冻冰。在春季，系统停止运行，因冬季放热而降温的地埋管附近的土壤从周边吸热，到下一个夏季集热工况运行前，温度恢复到13.5℃。经过一年的周期，土壤温度降低了0.2℃，说明土壤具有很好的蓄热性。 【关键词】：太阳辐射 路面集热 土壤蓄热 融雪化冰
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TK519;U416.217
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-16
• 1.1 道路太阳能利用系统的研究背景和意义9-11
• 1.2 道路太阳能集热/融雪技术的应用及研究现状11-15
• 1.2.1 国外发展现状12-13
• 1.2.2 国内发展现状13-15
• 1.3 研究目的和主要研究内容15-16
• 第二章 道路太阳能利用原理16-25
• 2.1 沥青路面太阳能集热原理17-19
• 2.2 地下土壤蓄热原理19-20
• 2.3 沥青路面融雪化冰原理20-22
• 2.4 沥青路面太阳能集热器的热性能评价22-25
• 第三章 道路太阳能利用试验系统的搭建25-34
• 3.1 沥青混凝土太阳能集热器的制备25-27
• 3.2 蓄热系统的选取27
• 3.3 换热工质27
• 3.4 驱动装置27-28
• 3.5 管道安装28-29
• 3.6 数据自动监测系统29-33
• 3.6.1 大气环境监测30
• 3.6.2 道路太阳能换热器监测30-32
• 3.6.3 地下土壤蓄热器的温度监测32-33
• 3.7 本章小结33-34
• 第四章 道路太阳能利用效果的实测研究34-59
• 4.1 道路温度场分析34-40
• 4.1.1 路面温度34-37
• 4.1.2 道路温度梯度37-40
• 4.2 系统运行对道路温度场的影响40-49
• 4.2.1 系统运行对路面温度的影响40-45
• 4.2.2 系统运行对道路温度梯度的影响45-49
• 4.3 夏季集热性能研究49-52
• 4.4 过渡季节地下土壤的温度变化52-53
• 4.5 冬季融雪化冰效果53-56
• 4.6 本章小结56-59
• 第五章 结论与展望59-61
• 5.1 结论59-60
• 5.2 展望60-61
• 参考文献61-65
• 发表论文和参加科研情况说明65-66
• 致谢66

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

氯盐融雪剂是把“双刃剑”——浅议国外使用化冰盐的教训与经验    洪乃丰

基于蓄能的道路热融雪化冰技术及其分析    高青;于鸣;刘小兵;

浅析沥青混凝土路面热反射涂层施工工艺    王伟;唐伯明;石飞;徐家智;

利用太阳能的路面融雪系统    高一平

路面长期性能研究综述    郝大力,王秉纲

地热换热器的传热分析    方肇洪,刁乃仁

太阳能——土壤蓄热技术在公路融雪中的应用    朱强,赵军,刘益青

太阳能利用综述及提高其利用率的途径    余海

循环热流体路面融雪化冰过程传热及其应用分析    高青;黄勇;刘研;林密;刘小兵;

太阳能利用技术发展趋势评述    陆维德;

日光温室采光与下挖深度优化设计    李霞;于贤昌;艾希珍;李清明;

户用PV系统设计    牟志平;

太阳能地板辐射采暖系统的应用研究    贺立三;刘振波;高林朝;高艳军;

云南省昆明市高校太阳能热水系统的研究    韩雷涛;谢建;苏庆益;

道路融雪除冰技术现状与发展趋势分析    喻文兵;李双洋;冯文杰;易鑫;

发热电缆用于路面融雪化冰的实验研究    李炎锋;武海琴;王贯明;朱滨;石勃伟;

发热电缆用于路面融雪化冰的模型    李炎锋;胡世阳;武海琴;李俊梅;侯隆澍;

一种四态制冷新型中央空调系统    夏媛;姚超;刘剑雄;王宝根;

浅析风光互补发电系统    尹静;张庆范;

基于LP3947手机太阳能充电器的研制    孙超;张飞;李伟;

太阳能空气集热器传热性能实验研究    魏琪;赵俊;

北京某俱乐部地源热泵系统分析与研究    唐宏伟;陶金;孙国田;冯廷龙;王德林;

丘陵山区太阳能利用现状和发展趋势    王海军;祝诗平;

太阳能环保游船    王璐;籁斌贤;王宗耀;王建明;

终端能量梯级效能研究与发电照明技术应用    祝传福;

雪灾给公路建设工程带来的启示    杨赓;张娟;

太阳能在牧草干燥中的应用研究    宋莎莎;黄净洁;李粤;

太阳能制冷技术的应用及发展趋势    杨坚;栗志;李芷昕;

埋管式地热换热器设计方案的分析与比较    王粮;陈卫翠;

北京某高档住宅小区地源热泵复合系统方案设计    刁乃仁;赵强;方肇洪;

光伏跟踪系统智能控制方法的研究    徐晓冰

纳米流体辐射特性机理研究及其在太阳能电热联用系统中的应用研究    赵佳飞

太阳能电动车关键技术研究    李春芳

反型聚合物太阳能电池的研究    李福民

碟式斯特林太阳热发电系统太阳模拟器的设计与实验研究    杜景龙

中国地面太阳辐射长期变化特征及短期预报方法研究    马金玉

沥青路面施工过程质量评价与支付方法研究    黄琪

太阳能热风采暖系统与村镇建筑一体化研究    李宪莉

分布式风光互补系统控制与最大功率跟踪策略研究    刘立群

季节性蓄热太阳能—土壤耦合热泵系统运行特性及优化    王潇

促进太阳能热水器应用法律问题初探    戴蕾

河南太阳能热水器与住宅一体化设计研究    刘磊

融雪剂对沥青及沥青混合料性能影响研究    傅广文

太阳能果蔬脱水车间性能试验及苹果脱水工艺优化研究    高兴海

太阳能供暖系统的模拟研究    安丽

居住建筑室内设计中的建筑节能策略研究    丁翠

一种新型的太阳能光伏发电控制系统的研究    刘凤龙

平板太阳能集热器抗冻方法研究    李芷昕

太阳能潜—显热储热复相陶瓷的研究    方斌正

嵌入全球价值链的中国光伏产业发展路径研究    张翱林

跟踪式高效太阳能热水器    丁樟富

太阳能热发电技术    纪献兵;蒲绍选;谢建;李云苍;刘滔;

发热电缆用于路面融雪化冰的实验研究    李炎锋;武海琴;王贯明;朱滨;石勃伟;

太阳能电池材料CuInS_2的研究现状    汤会香,严密,张辉,杨德仁

我国北方地区冬季撒盐的利害分析与对策    洪乃丰

我国太阳能电池专利状况分析及对策    周芳;

太阳能产业专利发展趋势及专利战略应用    李振;余翔;

道路冰雪清除技术及发展趋势    邓洪超;马文星;荆宝德;

现场测量深层岩土热物性方法    于明志,方肇洪

导电混凝土在变地站接地网中的应用    孙旭

真空玻璃盖板热管平板式太阳能热水器的理论与实验研究    王世锋

沥青路面光热效应机理及热反射涂层技术研究    梁满杰

雾封层技术在沥青路面预养护中应用研究    蒋志军

我国太阳能利用出现重大突破    本刊编辑部

评优秀科普画册——《中国太阳能利用》    李为众;

以开发太阳能与天然气配套电站    兰克

美国第一个太阳能之家    杨先碧;

高效太阳能利用新技术    洪蔚;

吉林省太阳能利用的现状与对策分析    孔静芬,金花

欧洲太阳能利用现状    傅黎

试谈建筑物的太阳能利用    张福贵,毕巧巍

德国建成太阳能城    徐辑

西藏太阳能利用现状及对策    杜恩社

太阳能与太阳能利用(三篇)    范炳鹤;

论太阳能建筑一体化设计    王崇杰;赵学义;薛一冰;

太阳能利用中的气象问题    申彦波;

太阳能集热供暖系统成套设备设计研究    李德英;高雪飞;赵秀敏;

实施新能源推广应用 加快我市太阳能利用步伐    黄志海;

太阳能利用近期概况    李纪国;叶连彩;李君;吕效军;

敦煌地区室内热水设计中的太阳能利用    任雅玲;

新型光电化合物设计与太阳能利用    赵伟;刘战强;刘玉峰;黄富强;

太阳能光纤自贮能照明系统的研究    李宝骏;姜兴有;梁军保;李颖;周萌;

丘陵山区太阳能利用现状和发展趋势    王海军;祝诗平;

我国太阳能利用进入增长期    施嘉奇 洪崇恩

意大利政府将出台鼓励太阳能利用措施    商子

太阳能产业面临“五大瓶颈”    本报记者　 吕福明

加大太阳能利用 政府应当有作为    周月光

1.5亿打造深圳首个太阳能产业基地    程连红

太阳能要走进深圳人的家    记者　李舒瑜

加速太阳能“破冰之旅”    温艺晗

太阳能产业商机凸现    本报记者 柯颂

“能制冷的太阳能”明年投放市场    本报记者 王馨本报通讯员 王振满

五大措施促进太阳能利用    本报记者 汤璇

太阳能多碟聚光系统聚集特性及吸热器光热力特性    王富强

建筑太阳能利用的适应性与湖州地区的应用探讨    诸亚珺

太阳能地下蓄热性能的实验研究    张杰

绿色建筑太阳能利用评价的研究    苏蒙

深圳建筑太阳能利用技术研究    郭永聪

太阳能利用的跟踪与聚集系统研究    张宝星

我国华北寒冷地区建筑太阳能利用系统中存在的问题及对策研究    董文亮

重庆农村地区太阳能利用情况调查及综合效益分析    赵珊珊

道路太阳能利用系统的试验应用研究    张小燕

太阳能微生物制氢系统的研究    秦艳会

万隆公司18万吨高硼硅太阳能玻管建设项目可行性研究    王群