流体加热道路融雪系统运行策略的生成方法技术方案

技术编号:22330373 阅读:111 留言:0更新日期:2019-10-19 12:19
本发明专利技术提供了一种流体加热道路融雪系统运行策略的生成方法,用于根据不同降雪强度估算出路面融雪所需热量,包括:步骤一,针对路段所在地区进行试验得到融雪数据,包括在不同预热时间下产生不同融雪效果时输入的热功率,融雪效果是指针对某一融雪目标的无雪时间比,即降雪过程中,达到或优于目标道面无雪率的时间占降雪总时间的百分比作为评价指标;步骤二,采用融雪数据对目标道面融雪负荷和目标道面预热时间之间的耦合规律进行拟合形成拟合曲线;步骤三,检验试验点与拟合曲线的重合程度,若重合程度高,则证明该拟合方法有效,根据以上目标道面融雪负荷和目标道面预热时间之间的耦合规律进行数值分析,获得目标道面融雪所需热量。

Generation method of operation strategy of road snow melting system heated by fluid

【技术实现步骤摘要】
流体加热道路融雪系统运行策略的生成方法
本专利技术涉及道路融雪处理领域,特别是涉及流体加热道路融雪系统运行策略的生成方法。
技术介绍
道路表面积雪会大幅降低交通运输效率,增加交通事故发生概率,造成严重的损失,而且在一些特殊用途的路面上是不允许积雪结冰的,如飞机跑道、停机坪等。因此,人们一直都在研究各种科学合理的清除路表冰雪技术。目前国内外常用的融雪化冰方法包括清除法和融化法。清除法分为人工清除法和机械清除法两种;融化法包括化学融化法和热融化雪融化。清除法效率低、除净率低,且耗费时间、人力、物力;化学融雪法适用温度范围窄、对环境负面影响大,且无法依据气候条件采取有针对性的预防措施,因此,在使用要求较高的路面不宜使用。热融化雪融化分为流体加热系统、热管加热系统以及电加热系统,可以主动防止道路表面结冰。其中,流体加热系统以其能源利用率高,系统可控性强,热能来源广泛等优势而备受推崇,并在国外得到了广泛的使用。由于降雪时间、大小仅可一定概率进行预测,单一热能热源不能满足根据实际情况进行调控,势必会造成能源浪费,因此,流体加热道路融雪系统最好采用多热源并网技术。多热源并网技术是为节约能源、降低系统运行成本、提高经济效益发展起来的一项先进的热水管网运行技术。我国地域辽阔,自然环境丰富多样,具有丰富的水力资源,水源、土壤源、工业废热、太阳能等资源均可作为热源,因此,流体加热道路融雪技术在我国具有巨大的发展潜力和广阔的应用前景。然而目前,流体加热道路融雪技术在我国尚处于起步阶段,以往研究的融雪运行策略仅是停留在理论层面,并没有形成一种适配不同降雪强度的流体加热道路融雪系统的运行策略。
技术实现思路
为了克服现有技术之不足,本专利技术之目的是提供一种流体加热道路融雪系统运行策略的生成方法,其专利技术构思在于根据不同降雪强度而制定运行策略,合理利用能源,实现可再生能源利用和能源梯级利用,首先根据不同降雪强度可以估算出路面融雪所需热量,然后根据热源的供热能力、热用户热需求以及路面融雪所需热量进行分析,得出所述的加热道路融雪系统运行策略。本专利技术的目的在于提供一种流体加热道路融雪系统运行策略的生成方法,用于根据不同降雪强度估算出路面融雪所需热量,包括:步骤一,针对路段所在地区进行试验得到融雪数据,所述融雪数据包括在不同预热时间下产生不同融雪效果时输入的热功率,所述融雪效果是指针对某一融雪目标的无雪时间比,即降雪过程中,达到或优于目标道面无雪率的时间占降雪总时间的百分比作为融雪效果的评价指标;步骤二,采用所述融雪数据对目标道面融雪负荷和目标道面预热时间之间的耦合规律进行拟合,并形成拟合曲线;步骤三,检验试验点与所述拟合曲线的重合程度,若重合程度高,则证明该拟合方法有效,可以根据以上目标道面融雪负荷和目标道面预热时间之间的耦合规律进行数值分析,获得所述目标道面融雪所需热量。优选的,所述步骤二中所述目标道面融雪负荷和目标道面预热时间之间的耦合规律表示为融雪道面所需热量的一般方程,即:q0=qs+qm+Ar(qe+qh)其中:qs表示道面传给雪的把雪加热到0℃所需要的显热(w/m2.K);qm表示融化吸热(w/m2.K);Ar表示跑道的无雪面积比率须等于1;qe表示蒸发热(w/m2.K);qh表示对流和辐射热(w/m2.K)优选的,所述道面传给雪的把雪加热到0℃所需要的显热qs表示为:qs=s*cp*D*(32-ta)/c1,其中:s表示降雪率,即每小时水的当量米数;cp表示雪的比热;D表示雪当量密度;ta表示空气温度(℃);c1表示换算系数。优选的,所述融化吸热qm表示为:qm=s*hf*D/c1,其中:hf表示水的熔化热;s表示降雪率,即每小时水的当量米数;D表示雪当量密度;c1表示换算系数。优选的,所述蒸发热qe表示为:qe=pdryair*hm(Wf-Wa)*hfg,其中:pdryair表示干空气密度(kg/m3);hm表示传质系数,混凝土板(m/s);Wf表示膜表面温度1℃下饱和空气的湿度比(g/g);Wa表示-12℃环境空气的湿度比(g/g);hfg表示1℃时的蒸发热(J/kg)。优选的,所述对流和辐射热qh表示为:其中:hc表示湍流对流换热系数(w/m2.K);tf表示液膜温度;ta表示与降雪一致的环境空气温度(K);δ表示斯蒂芬-玻尔兹曼常数;εs表示湿板的发射率;Tf表示液膜温度(K);TMR表示环境的平均辐射温度(K)。优选的,所述流体加热道路融雪系统的热源为复合热源,与附近热用户共同使用,所述复合热源包括:地源热泵系统以及余热利用系统,所述地源热泵系统包括地表浅层热能,通过地源热泵换热技术利用蕴藏在地表以下200m以内的热能,包括地下水地源热泵、地表水地源热泵和土壤源热泵三种方式;所述余热利用系统包括:企业在生产过程中热能转换设备及用能设备内未被利用的能量,所利用的余热按照温度分为:600℃以上的高温余热,230℃~600℃的中温余热和230℃以下的低温余热,按照来源分为:烟气余热,冷却介质余热,废汽废水余热,化学反应热,高温产品和炉渣余热,以及可燃废气和废料余热。优选的,所述流体加热道路融雪系统运行策略分为一般融雪运行策略和快速融雪策略,所述一般融雪运行策略分为一般小雪融雪运行策略,一般中雪融雪运行策略以及一般大雪融雪运行策略;当极端气候和末端热负荷高峰同时出现时,能源中心作出负荷控制判断,实施快速融雪策略以确保道路使用安全,当危机解除后,所述快速融雪策略切换至一般融雪运行策略。优选的,所述步骤一还包括:采用气象监测器,以遥测的方式测量道面表面温度,根据气象资料预判气候,提前运行系统。优选的,所述流体加热道路融雪系统包括智能温控装置以及用于间歇运行的控制阀,控制系统供回水温度,实现运行节能。本专利技术的有益效果在于:由于降雪时间、大小仅可一定概率进行预测,单一热能热源不能满足根据实际情况进行调控,势必会造成能源浪费,本方案具有融雪效果好、低碳节能、全生命周期运行成本低、系统简单、对道面施工影响小、降低夏季道面温度,实现夏季废热回收等优点,可以根据不同气候条件切换热能以保证在耗能最小的条件下完成道路融雪。本专利技术所提出的流体加热道路融雪系统因地制宜优先利用地源热泵可再生能源和燃气锅炉的烟气废热作为道面的加热热源,减少化石能源的使用,节能减排,绿色低碳。所采用运行策略为:采用气象监测器,以遥测的方式测量道面表面温度,根据气象资料预判气候,提前运行系统,采取“智能温控、间歇运行”模式,合理控制系统供回水温度,实现运行节能,保证可以在不同降雪强度下进行道路融雪。具有重要的经济效益和社会意义,并且可以为我国当前起步阶段的流体加热道路融雪系统研究提供理论和技术支持。根据下文结合附图对本专利技术具体实施例的详细描述,本领域技术人员将会更加明了本专利技术的上述以及其他目的、优点和特征。附图说明后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本专利技术的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解,这些附图未必是按比例绘制的。本专利技术的目标及特征考虑到如下结合附图的描述将更加明显,附图中:附图1为根据本专利技术实施例的流体加热道路融雪系统运行策略生成的融雪功率数据拟合校验图;附图2为根据本专利技术实施例的热源系统结构示本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种流体加热道路融雪系统运行策略的生成方法,用于根据不同降雪强度估算出路面融雪所需热量,其特征在于包括:步骤一,针对路段所在地区进行试验得到融雪数据,所述融雪数据包括在不同预热时间下产生不同融雪效果时输入的热功率,所述融雪效果是指针对某一融雪目标的无雪时间比,即降雪过程中,达到或优于目标道面无雪率的时间占降雪总时间的百分比作为融雪效果的评价指标;步骤二,采用所述融雪数据对目标道面融雪负荷和目标道面预热时间之间的耦合规律进行拟合,并形成拟合曲线;步骤三,检验试验点与所述拟合曲线的重合程度,若重合程度高,则证明该拟合方法有效,可以根据以上目标道面融雪负荷和目标道面预热时间之间的耦合规律进行数值分析,获得所述目标道面融雪所需热量。

【技术特征摘要】
1.一种流体加热道路融雪系统运行策略的生成方法,用于根据不同降雪强度估算出路面融雪所需热量,其特征在于包括:步骤一,针对路段所在地区进行试验得到融雪数据,所述融雪数据包括在不同预热时间下产生不同融雪效果时输入的热功率,所述融雪效果是指针对某一融雪目标的无雪时间比,即降雪过程中,达到或优于目标道面无雪率的时间占降雪总时间的百分比作为融雪效果的评价指标;步骤二,采用所述融雪数据对目标道面融雪负荷和目标道面预热时间之间的耦合规律进行拟合,并形成拟合曲线;步骤三,检验试验点与所述拟合曲线的重合程度,若重合程度高,则证明该拟合方法有效,可以根据以上目标道面融雪负荷和目标道面预热时间之间的耦合规律进行数值分析,获得所述目标道面融雪所需热量。2.根据权利要求1所述的一种流体加热道路融雪系统运行策略的生成方法,其特征在于:所述步骤二中所述目标道面融雪负荷和目标道面预热时间之间的耦合规律表示为融雪道面所需热量的一般方程,即:q0=qs+qm+Ar(qe+qh)其中:qs表示道面传给雪的把雪加热到0℃所需要的显热(w/m2.K);qm表示融化吸热(w/m2.K);Ar表示跑道的无雪面积比率须等于1;qe表示蒸发热(w/m2.K);qh表示对流和辐射热(w/m2.K)。3.根据权利要求2所述的一种流体加热道路融雪系统运行策略的生成方法,其特征在于:所述道面传给雪的把雪加热到0℃所需要的显热qs表示为:qs=s*cp*D*(32-ta)/c1,其中:s表示降雪率,即每小时水的当量米数;cp表示雪的比热;D表示雪当量密度;ta表示空气温度(℃);c1表示换算系数。4.根据权利要求2所述的一种流体加热道路融雪系统运行策略的生成方法,其特征在于:所述融化吸热qm表示为:qm=s*hf*D/c1,其中:hf表示水的熔化热;s表示降雪率,即每小时水的当量米数;D表示雪当量密度;c1表示换算系数。5.根据权利要求2所述的一种流体加热道路融雪系统运行策略的生成方法,其特征在于:所述蒸发热qe表示为:qe=pdryair*hm(Wf-Wa)*hfg,其中:pdryair表示干空气密度(kg/m3);hm表示传质系数,混凝土板(m/s);Wf表...

【专利技术属性】
技术研发人员:江绍辉贺继超姜微微别舒任君任毅胡全喜姜忠国赵秉南刘智敏
申请(专利权)人:中国中元国际工程有限公司
类型:发明
国别省市:北京,11

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