利用可再生能源的道路融雪技术应用。可再生能源道路融雪技术是一种利用太阳能、浅层地热能等低品位的可再生能源为主要热源方式,结合地源热泵、热管等较为成熟的节能技术和设备来加热路面,实现融雪化冰的目的。利用浅层地热能实现道路融雪的示意图、系统图和道路埋管图。浅层地热能道路融雪系统较之于传统的化学方法、机械方法最显著的特点就是对环境友好,并且融雪更为彻底;而较之于电加热方法,其自身的节能性体现的更加明显,更加具有实际意义。
常用的道路融雪化冰方法
目前国内外常用的融雪化冰方法按照不同的作业机理,冰雪清除方法可分为物理、化学和机械方法三类:
(1)化学融雪剂法。融雪剂是最为常见的除冰雪手段,融冰雪效果也比较好。使用化学物如氯化钠、氯化钙、氯化镁等是经常采用的一种方法,也是一种经济有效的方法,但融雪剂在被大量应用的同时,其副作用也逐渐被关注。盐类融雪剂中的氯离子与钢筋中的铁发生反应,会加速铁的锈蚀,加速桥梁的锈蚀。同时,高浓度的氯盐溶液渗透到植物的根部,形成反渗透,大量吸取植物体内的水分,导致植物失水,被盐分浸渍而死亡。
(2)机械法。此方法通常由人工或机械车辆通过铲、推的方式来完成。人工方法原始、简单、方便,而除雪机械主要包括除雪机和除冰机,除雪机中又包括旋转式除雪机和犁式除雪机等。总的来说,采用机械式方法来除雪和冰需要大量的人力、物力和装备,且属于被动式滞后操作,需要一定的时间才能使交通恢复正常。
(3)物理方法。它是通过加热,使路面的积雪或积冰融化。一种是电加热,即在普通混凝土中添加一定导电组分材料,使之成为导电体,可通电加热;另一种是加热车加热,即加热车以液化石油气为燃料,利用加热板以热辐射方式对路面上的冰雪加热。物理融化的方法对于小降雪量和薄冰效果较好;当降雪量较大时,由于其融化速度慢,效率低,能耗大,且融化出的大量的水又可能会由于清除不及时而再次结冰,影响了清除冰雪的效果。
发热电缆加热。发热电缆加热系统是以电力为能源、发热电缆为发热体,将电能转化为热能,通过结构层内的导热将热量传到物体表面,再通过物体表面与冰雪之间的显热和潜热交换进行融雪化冰。发热电缆加热系统具有无污染、运行费用低、热稳定性好、控制方便等优势。发热电缆用于路面融雪化冰在北欧国家已经有所应用。
青海全省公路总里程达49000公里,为青海省经济建设提供了交通保障。公路交通仍是青海主要的运输方式。然而,青海省位于青藏高原东北部,受到了海拔高度和地理纬度的影响,青海有3/5的面积年平均气温在0℃以下,青海省的最冷月是1月份,平均气温为-18℃~-8℃,冬季时间长,道路易积雪且不易自然融化,严重影响交通及行车安全。2009年11月11日,是青海省入冬以来的第一场雪,在马平高速发生了一起由于路滑造成24辆车辆连续碰撞的交通事故。
因此,为了保障道路畅通和行车安全,提高道路的运营效益,除冰融雪是我国北方寒冷地区冬季道路养护的一项重要工作。如何有效地解决公路冰雪天不封路或少封路,避免交通事故或少出交通事故,形成良好的安全管理模式,已成为交通管理部门的重要工作之一。
目前,青海省针对道路除冰雪的研究和技术应用较为滞后,应对冰雪条件下交通组织措施还是停留在比较低端的技术层面,如在城市交通中主要采用人工除雪、撒盐融雪及交警管制交通,在高速公路上主要通过限制车速、封闭交通及机械除冰雪等方法应对,其他道路目前还无任何具体的应对措施。
青海省高速公路管理部门在冰雪条件下主要的交通组织应对措施如下:
(1)控制放行车辆。能见度在50 ~100m时,收费站入口限时控制间断放车。一般10 20辆车放行一次,也可5~10min放行一次,让驶入的车辆结队而行。
(2)设立提示警告标志。在收费站入口和实施区域封闭的前端200m处,设醒目“前方道路积冰,减速慢行”的提示牌,让驾驶员在行驶过程中提高警惕;在积雪地段设置可变情报板,使驾驶员知道车辆即将进入危险地段,以便提前减速。
(3)主线控制。高速公路因事故或区域性雪天,而实施的区域或分段分向封闭,应加强道路封闭区域末端的控制,以防止车辆强闯、误入封闭区域。
(4)特殊路段的雪(冰)面清除。当道路基本具备通行条件时,养护部门应对特殊路段实施重点清除。如大中型桥梁,没有地温支持较难融化,因山坡遮挡冰面不宜融化的地方,路面出现弯坡,造成路基两面高低不一,隧道出入口,首先清除路基面部分的积雪,以防止高面积融雪化流到行驶车道,造成夜间温度降低继续形成冰面等情况。
从上述情况可以看出,目前青海省对道路冰雪的应对还处于一种效率低且被动状态,还没有一处高效且主动除冰雪路段。
青海省属于高海拔高寒地区,受到了海拔高度和地理纬度的影响,青海有3/5的面积年平均气温在0℃以下,冬季时间长,道路易积雪且不易自然融化;另外,青藏高原地区生态脆弱。因此,不宜采用融雪剂进行道路除冰融雪,笔者针对发热电缆融雪技术在高海拔高寒地区的应用做了一些尝试。考虑了发热电缆的选择、在沥青混凝土路面中铺设发热电缆的工艺、加热后沥青路面温度与环境温度的关
系等问题。
目前,市场上发热电缆的品牌繁多品质好坏不一,通过对十余个品牌的发热电缆从发热效果、材料寿命、耐高压、耐高温及抗化学腐蚀等方面对比分析。筛选出某发热电缆(双导不可裁)用于试验研究。
例如:铺设了0.6m×4.0m的发热电缆进行试验。先在基层上铺设2cm×2cm网格的铁丝网,再在铁丝网上绑扎发热电缆,用扎丝固定但不要太紧,发热电缆以S型方式布置,间距8cm。人工撒铺沥青混合料,厚度5cm,摊铺均匀;用20t压路机振动碾压两遍,再静压3遍。
目前,市场上发热电缆的品牌繁多品质好坏不一,通过对十余个品牌的发热电缆从发热效果、材料寿命、耐高压、耐高温及抗化学腐蚀等方面对比分析。筛选出某发热电缆(双导不可裁)用于试验研究。
道路的除冰雪技术仍然是科研工作者和交管部门非常重视的课题,开展了大量的试验研究,各种除冰雪技术各有利弊,在实际应用中应分析选择。青海属高寒高海拔地区生态脆弱,应减少甚至禁止使用融雪剂;通过对发热电缆融雪技术在高海拔高寒地区的应用研究,表明该技术能够到达融雪要求且对生态无破坏。