一种导热型沥青路面太阳能集热系统及其应用技术方案

本发明专利技术涉及导热型沥青路面太阳能集热系统及其应用。本系统包括：铺设在路基（１４）上的太阳能集热装置（１），其结构为自上而下依次是乳化沥青混凝土封层（１０）、内有换热管组（１２）的导热型沥青混凝土层（１１）、隔热材料层（１３）；通过管道，将换热管组的出水口、地下热交换器（２）、土壤源热汞装置（３）、用户热交换器（４）、循环泵（７）、换热管组的进水口连接，构成本系统的热循环闭合回路。本系统利用集热装置接收太阳能，通过热循环闭合回路将热量储存在地下含水土层中，需要时可向建筑物供暖供冷。本发明专利技术用以防止沥青道路在夏季发生高温永久变形、冬季的融雪化冰，同时提供建筑供暖供冷，是一种清洁环保的新型节能方式。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及太阳能应用领域，特别是一种导热型沥青路面太阳能集热系统及其应用。
技术介绍
近年来，国内外能源日趋紧张，同时使用矿物燃料造成的温室效应和环境污染问题，使得开发利用可再生能源势在必行，而太阳能是最重要的基本能源。目前，已利用太阳能开发出了太阳能热水器、太阳能灶具和太阳能电池等产品。随着太阳能利用技术的发展，必将开发出更多更新的利用太阳能的产品。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种导热型沥青路面太阳能集热系统及其应用，本系统能够大规模收集和交换太阳能热量，该热量可用于建筑物供暖供冷，同时可防止沥青道路的高温变形及低温开裂。本专利技术的原理是夏季高温时，从地下含水土层中的冷水源中抽出冷量，用于冷却建筑物，然后流经路面，将路面吸收的热量带走，储存在地下含水土层。冬季时，系统将储存的热量抽出来，用于房屋供暖，然后流经路面，防止路面结冰、低温开裂。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是本专利技术提供的导热型沥青路面太阳能集热系统，其包括铺设在路基上的太阳能集热装置，其结构为自上而下依次是乳化沥青混凝土封层、内有换热管组的导热型沥青混凝土层、隔热材料层；通过管道，将换热管组的出水口、地下热交换器、土壤源热汞装置、用户热交换器、循环泵、换热管组的进水口连接，构成本系统的热循环闭合回路。本专利技术提供了一种全新的太阳能利用模式，其涉及到高速公路的可持续发展、新型绿色能源的开发利用问题。因此，具有以下主要的优点1.改善行车安全冬季可防止路面结冰，减少温缩裂缝的形成，夏季可给路面降温，防止永久变形的产生；2.绿色环保给建筑物供暖，减少传统燃料的使用，从而减少CO2的排放；同时不需要使用化雪盐，杜绝化雪盐对环境的负面影响；3.利用地下含水土层蓄热，实现了太阳能的跨季节储存。4.我国太阳能资源丰富，分布广阔，具备可持续性发展和利用的优势。黑色沥青路面面积大，吸收能力强，其吸收系数可达0.9，在夏季高温时路面温度可高达70℃。沥青路面上太阳能利用率与沥青混合料的热学性能密切相关，一般沥青混凝土的导热系数为1.5～2.0W/m·K，其太阳能利用效率为15％～20％。增大路面材料的导热系数，能够降低路表辐射热损失、加快热量的传递，从而利于提高太阳能的利用率。本专利技术通过掺加导热性填料制备出导热性能、路用性能兼备的导热型沥青路面集热装置。如果运用本装置，将沥青路面充分利用起来的话，可大大缓解我国能源紧张并减少CO2的排放。本专利技术采用热常数分析仪测量了导热型沥青混凝土的导热系数、导温系数，并结合实体试验，计算了太阳的利用效率。结果表明导热型沥青混凝土的导热系数、导温系数随着导热性填料掺量的增加而增加；太阳能的利用效率随着沥青混凝土导热系数的增加而增大；按导热性填料不同掺量，采用马歇尔击实仪成型试件，试件两面各击实50次，试件直径为101.6±0.25mm，试件高度在63.5±1.5mm，作冻融劈裂试验，表明9％石墨掺量中分别掺入1％碳纤维和2％乙炔炭黑，常规劈裂强度可达到0.94MPa和0.90MPa，与普通沥青混凝土劈裂强度0.92MPa相当。根据导热性填料的不同掺量，按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中T0703-1993的轮碾法制作车辙板状试件，试件长300mm×宽300mm×高50mm，作动稳定度试验。结果表明动稳定度随着沥青用量的增加而减少，但车辙深度不大于2mm，表明高温时沥青混凝土中的嵌挤骨架对抗车辙能力起着重要的作用，而沥青、石墨的影响是极为有限的；轮迹未出现泛油现象，表明石墨对沥青有较强的稳定作用。附图说明图1是本专利技术提供的集热系统的结构示意图。图2是本专利技术提供的集热系统在向建筑物供暖供冷的原理示意图；图3是图1中导热沥青混凝土路面集热装置1的结构剖面图。图4是图3的俯视图。具体实施例方式本专利技术是一种导热型沥青路面太阳能集热系统，其结构如图1、图3所示，其包括铺设在路基14上的太阳能集热装置1，其结构为自上而下依次是乳化沥青混凝土封层10、内有换热管组12的导热型沥青混凝土层11、隔热材料层13。通过管道，将换热管组的出水口、地下热交换器2、土壤源热汞装置3、用户热交换器4、循环泵7、换热管组的进水口连接，构成本系统的热循环闭合回路。上述换热管组12可由若干个U型管道组成，它们间隔铺设在导热型沥青混凝土层11内部，其进水端连通进水管8，出水端连通出水管9。上述太阳能集热装置1，其结构各层的厚度为乳化沥青混凝土封层10为10～15mm，导热型沥青混凝土层11为40～80mm，隔热材料层13为5～15mm。上述导热型沥青混凝土层11可由粗集料、细集料、沥青、导热性填料及矿粉复合而成，其导热系数为3.00～6.20W/m·K，导温系数为1.15～2.38×10-6m2/s。其各组分的重量比为粗集料50～55％，粒径＞4.75mm；细集料25～30％，粒径＜4.75mm；沥青5.0～9.0％；导热性填料8～15％；矿粉2～5％。导热性填料可选用碳黑、石墨粉以及碳纤维中的一种或三者不同掺量的混合物。导热性填料的添加能够极大的提高沥青混凝土的导热性能。导热型沥青混凝土可采用“三步法”拌和后碾压成型。乳化沥青混凝土封层10由集料、乳化沥青、填料、水和外加剂组成，各组分的重量比为90～110∶8～14∶.0.7～1.5∶6～10∶0.1～0.5。填料为矿粉或水泥，上述集料的粒径为2.36～9.5mm，可采用玄武岩、白云岩、花岗岩、石灰岩、石英岩等路用性能良好的集料。乳化沥青为改性乳化沥青、普通乳化沥青。外加剂包括破乳剂、分散剂、固化剂等。乳化沥青混凝土封层具有以下特点吸收太阳能并传递至导热型沥青混凝土层11；减小路面热损；作为路面磨耗层使用，提高导热型沥青混凝土层11的耐久性。本专利技术提供的导热型沥青路面太阳能集热系统，其通过以下步骤实现太阳能蓄热，并且能够用于路面的养护和向建筑物的供暖供冷。(1)如图1、图2和图3所示建立由铺设在路基14上的太阳能集热装置1、地下热交换器2、土壤源热汞装置3、用户热交换器4、循环泵7构成的热循环闭合回路。地下热交换器埋设于地下含水土层中，以地下含水土层作为系统的蓄热系统。土壤源热汞装置3的一侧进出口与沥青道路旁建筑物内的供暖管相连。路基14的厚度可设计为300～600mm。如图2、图4所示道路两旁设置进水管8、出水管9，进水管8分设细水管，最后细水管汇总进入粗水管9。细水管绕圈数(呈蛇形)、组数根据需要设定。(2)如图2所示利用太阳能集热装置1接收太阳能，通过循环泵7传输至地下热交换器2，将能量储存于地下含水土层中。(3)如图2所示冬季供暖时，通过土壤源热汞装置3从地下含水土层中取出热量，通过管道输送至近旁的建筑物内的用户热交换器4及与之换热管道5和6连通的供暖管系统，实施供暖，再输送至路面，用于路面融雪化冰。夏季供冷时，通过土壤源热汞装置3从地下含水土层中取出冷量，再通过管道输送至近旁的建筑物内的用户热交换器4及与之换热管道5和6连通的供暖管系统，实施供冷，再输送至路面吸收热量，防止路面高温变形。下面介绍几个关于导热型沥青混凝土层11的制备。实例1与实例2实例1中普通沥青混凝土的重量比为粗集料54％，细集料26％，沥青6.5％，石墨粉0％，矿粉13.5％，实例2中导热型沥本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种太阳能集热系统，其特征是一种导热型沥青路面太阳能集热系统，其包括：铺设在路基（１４）上的太阳能集热装置（１），其结构为自上而下依次是乳化沥青混凝土封层（１０）、内有换热管组（１２）的导热型沥青混凝土层（１１）、隔热材料层（１３）；通过管道，将换热管组的出水口、地下热交换器（２）、土壤源热汞装置（３）、用户热交换器（４）、循环泵（７）、换热管组的进水口连接，构成本系统的热循环闭合回路。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴少鹏，李波，朱教群，磨炼同，文进，邱健，刘小明，叶群山，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]