本實(shí)用新型涉及一種利用地下水調(diào)控瀝青橋面鋪裝溫度的系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

公路橋梁交通是人們?nèi)罕姵鲂械闹匾绞?。橋面在冬季溫度較低時(shí)，橋面表面風(fēng)速一般較大，極易導(dǎo)致橋面結(jié)冰。橋面結(jié)冰后，橋面上行駛的車輛往往由于打滑引發(fā)剎車失靈和方向失控，造成人員財(cái)產(chǎn)傷亡。除了橋面結(jié)冰問(wèn)題，瀝青橋面鋪裝也會(huì)在長(zhǎng)期低溫下產(chǎn)生機(jī)構(gòu)破壞，出現(xiàn)開(kāi)裂、坑槽、車轍和抗滑能力降低等現(xiàn)象，影響橋梁正常使用。

夏季溫度較高時(shí)橋面瀝青鋪裝長(zhǎng)時(shí)間處于陽(yáng)光照射下，其表面溫度往往比日最高氣溫高出20～30℃。長(zhǎng)時(shí)間在溫度較高的路面上行駛的汽車，胎壓很容易上升，加速輪胎磨損導(dǎo)致爆胎。同時(shí)，夏季橋面在高溫和車輛荷載的共同作用下，極易產(chǎn)生車轍等病害，大大縮短了橋面鋪裝的使用壽命，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失

目前解決冬季橋面低溫結(jié)冰常用的辦法有：

①撒融雪劑法

②人工機(jī)械除冰法等，這些辦法適宜大部分情況下的道路橋梁除冰，但是需要耗費(fèi)大量的人力物力，效率較低，且會(huì)對(duì)道路橋面和周圍環(huán)境造成損害。基于此，國(guó)內(nèi)外學(xué)者開(kāi)始研究其他的道路橋梁除冰方式，如：

③微波除冰法：20世紀(jì)90年代美國(guó)最早提出利用微波除冰的方法。較之傳統(tǒng)的人工、機(jī)械除雪和融雪劑除雪，微波除冰法屬于一種熱力融雪法，冰層并不直接吸收微波熱力，但微波可以透過(guò)冰層加熱路面材料，首先融化路面與冰層結(jié)合界面的冰層，再利用機(jī)械方法粉碎冰層，具有環(huán)保、快捷和除冰徹底的優(yōu)點(diǎn)。利用微波除冰，要想提高除冰效率需考慮在道路路面材料中加入含磁性材料，因此前期投入較大，因此到目前為止還未得到廣泛引用；

④導(dǎo)電混凝土法：在普通混凝土中添加石墨、鋼纖維等碳質(zhì)或鐵質(zhì)材料使之具有一定的導(dǎo)電性能，混凝土具有導(dǎo)電性能以后，就可以像其他的導(dǎo)體一樣，當(dāng)與外部電源接通以后就會(huì)產(chǎn)生熱量，從而達(dá)到道路融雪除冰的目的。這一技術(shù)的運(yùn)用可以較好地實(shí)現(xiàn)高效、清潔、無(wú)污染地除雪。目前雖然導(dǎo)電混凝土的研究取得了較大的進(jìn)展，但在用于道路除冰融雪方面還停留在小范圍試驗(yàn)階段，且基本局限于室內(nèi)的小板試驗(yàn)和室外單一大板試驗(yàn)的融雪化冰分析，缺乏大范圍工程實(shí)際試驗(yàn)的分析研究。這種方法前期投資較大，對(duì)施工工藝要求比較高，且后期能耗比較大，所以并不適合大范圍的運(yùn)用。

⑤發(fā)熱電纜法：發(fā)熱電纜法是以電力為資源，以埋布于結(jié)構(gòu)層中的電纜為發(fā)熱體，將電能轉(zhuǎn)化為熱能，熱量傳遞到道路表面進(jìn)行融雪化冰。這種方法具有無(wú)污染、效率高、運(yùn)行費(fèi)用低、熱穩(wěn)定性好、控制方便等優(yōu)勢(shì)。國(guó)內(nèi)外的不少研究人員都對(duì)這種方法經(jīng)行過(guò)比較深入的研究。熱力管法的造價(jià)比較高，后期的能耗也比較大，而且由于電纜埋入結(jié)構(gòu)層中，一旦發(fā)生故障，維修管理不方便。

而對(duì)于橋梁路面夏季的養(yǎng)護(hù)工作，一般以事后修補(bǔ)為主，一方面難以及時(shí)地消除橋面表面隱患，一方面經(jīng)濟(jì)成本較大，耗費(fèi)人力物力。目前，瀝青路面的車轍維修技術(shù)方案的制定主要從材料內(nèi)部和路面結(jié)構(gòu)組合方面考慮，國(guó)內(nèi)外也有學(xué)者在降溫防治車轍方面做了研究并提出了一些方法，如：①灑水降溫法：在夏季高位路段灑水進(jìn)行降溫，操作性強(qiáng)，見(jiàn)效快。但是灑水降溫成本比較大，路面積水會(huì)對(duì)行車造成阻礙，同時(shí)積水可能會(huì)通過(guò)空隙和裂縫進(jìn)入道路結(jié)構(gòu)內(nèi)部造成破壞。②路面熱反射法：路面熱反射法是指在道路表面加入新型熱反射涂層材料和熱阻材料對(duì)道路進(jìn)行降溫，降溫效果明顯，且滿足路面性能要求。但這項(xiàng)技術(shù)還不夠成熟，實(shí)現(xiàn)難度大，工程造價(jià)高，現(xiàn)僅限于實(shí)驗(yàn)室研究。

地下水源是一種重要的自然資源，由于地下水源的恒溫特性，除了可以供應(yīng)生活用水外，還可以利用地下水的恒溫特性作為一種取放熱資源。地下水的溫度常年保持在11～20℃，國(guó)內(nèi)外早有利用地下水熱源進(jìn)行建筑調(diào)溫的地下水源熱泵技術(shù)，技術(shù)已較為成熟。地下水作為取放熱資源具有如下優(yōu)點(diǎn)：①清潔環(huán)保；②可再生循環(huán)利用；③溫度非常穩(wěn)定；④分布性廣。如果橋梁處于地下水豐富的地區(qū)，將地下水抽出用于橋面冬季防凍和夏季防高溫車轍是十分有效的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決目前橋面受氣候影響，導(dǎo)致橋梁易損，且對(duì)車輛產(chǎn)生不良影響的技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供一種可有效控制橋面溫度，且能源消耗少、環(huán)境污染小的利用地下水調(diào)控瀝青橋面鋪裝溫度的系統(tǒng)。

為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是，

一種利用地下水調(diào)控瀝青橋面鋪裝溫度的系統(tǒng)，包括蓄水池、沉淀池、水泵和管網(wǎng)，所述的蓄水池的輸入口通過(guò)水泵連接地下水，蓄水池的輸出口連接沉淀池的輸入口，沉淀池的輸出口連接管網(wǎng)的輸入口，管網(wǎng)的輸出口連接地下水；

所述的管網(wǎng)鋪設(shè)于橋面的混凝土橋面板之上，并覆蓋于瀝青鋪裝層之下。

所述的一種利用地下水調(diào)控瀝青橋面鋪裝溫度的系統(tǒng)，所述的蓄水池的輸入口設(shè)置于蓄水池的側(cè)壁上，蓄水池內(nèi)設(shè)有濾網(wǎng)，所述的濾網(wǎng)環(huán)繞蓄水池的輸入口設(shè)置，并與蓄水池的內(nèi)壁形成密閉空間以過(guò)濾由輸入口輸入的地下水，蓄水池的輸出口設(shè)置于蓄水池的底壁上并處于濾網(wǎng)之外。

所述的一種利用地下水調(diào)控瀝青橋面鋪裝溫度的系統(tǒng)，所述的沉淀池的輸入口和輸出口分別設(shè)置于沉淀池的側(cè)壁上，輸出口設(shè)置于池壁總高度的3/4處，且輸出口的位置高于輸入口，沉淀池內(nèi)還設(shè)有加熱裝置，所述的加熱裝置固定于沉淀池的底壁上。

所述的一種利用地下水調(diào)控瀝青橋面鋪裝溫度的系統(tǒng)，所述的管網(wǎng)采用蛇形并聯(lián)布置，所述的蛇形并聯(lián)布置包括多個(gè)埋管單元、總進(jìn)水管和總出水管，每個(gè)埋管單元包括有一個(gè)彎折盤旋設(shè)置的蛇形管道、一個(gè)進(jìn)水口、一個(gè)出水口和一個(gè)閥門，所述的進(jìn)水口通過(guò)閥門連接至總進(jìn)水管，所述的出水口連接總出水管，所述的蛇形管道埋設(shè)于瀝青鋪裝層之下，多個(gè)埋管單元依次并聯(lián)設(shè)置。

所述的一種利用地下水調(diào)控瀝青橋面鋪裝溫度的系統(tǒng)，所述的管網(wǎng)埋設(shè)位置與橋面的距離為5-15cm。

所述的一種利用地下水調(diào)控瀝青橋面鋪裝溫度的系統(tǒng)，每個(gè)埋管單元之間的間距為5-20cm。

所述的一種利用地下水調(diào)控瀝青橋面鋪裝溫度的系統(tǒng)，所述的蛇形管道采用外徑6-18mm，壁厚0.5-3mm的不銹鋼管道。

本實(shí)用新型的技術(shù)效果在于，對(duì)橋面換熱效果好，很好地緩解了橋面冬季易結(jié)冰夏季高溫產(chǎn)生車轍的問(wèn)題，同時(shí)解決橋梁兩大病害問(wèn)題。而且節(jié)能高效，清潔環(huán)保，不會(huì)對(duì)橋體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生損害，可控性強(qiáng)。

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型橋面管網(wǎng)結(jié)構(gòu)剖面圖；

圖3為本實(shí)用新型橋面管網(wǎng)布置形式示意圖；

圖4為橋面換熱過(guò)程示意圖；

圖5為蓄水池結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為沉淀池結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為使用本實(shí)用新型后冬季橋面溫度分布圖；

圖8為使用本實(shí)用新型后夏季降溫情況示意圖；

圖9為本實(shí)用新型采用不同管道間距的橋面平均溫度隨時(shí)間變化圖；

圖10為不同埋深條件下橋面平均溫度隨時(shí)間變化圖；

圖11為穩(wěn)態(tài)橋面平均溫度與管網(wǎng)布置方式關(guān)系圖；

圖12為不同地下水溫條件下橋面平均溫度隨時(shí)間變化圖；

圖13為加熱時(shí)長(zhǎng)與橋面平均溫度變化圖；

其中，1為蓄水池、2為沉淀池、3為水泵、4為地下水、5為橋面、6為管網(wǎng)、7為地面、8為混凝土橋面板、9為瀝青鋪裝層、10為蛇形管道、11為總進(jìn)水管、12為總出水管、13為閥門、14為蓄水池的輸入口、15為蓄水池的輸出口、16為濾網(wǎng)、17為沉淀池的輸入口、18為沉淀池的輸出口、19為加熱裝置.

具體實(shí)施方式

本實(shí)用新型由兩部分組成：橋面管網(wǎng)部分和地下取水、蓄水部分。系統(tǒng)工作時(shí)，從地下抽取恒溫水，于沉淀池中經(jīng)行過(guò)濾沉淀去除雜質(zhì)，再對(duì)恒溫水施加一定壓力，使其流經(jīng)橋面管網(wǎng)對(duì)橋面結(jié)構(gòu)進(jìn)行換熱從而達(dá)到橋面控溫的目的，并最終通過(guò)出水口重新流入地下。

參見(jiàn)圖1，本實(shí)施例包括蓄水池、沉淀池、水泵和管網(wǎng)，所述的蓄水池的輸入口通過(guò)水泵連接地下水，蓄水池的輸出口連接沉淀池的輸入口，沉淀池的輸出口連接管網(wǎng)的輸入口，管網(wǎng)的輸出口連接地下水。

參見(jiàn)圖2，橋面管網(wǎng)部分設(shè)置在橋面鋪裝層。這樣既不會(huì)對(duì)橋面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，又可以接近路面以獲得良好的換熱效果，且管網(wǎng)布置于橋梁鋪裝層中便于施工，同時(shí)又對(duì)于橋面鋪裝起到了加筋的效果。

參見(jiàn)圖3，橋面管網(wǎng)的主要組成部分為總進(jìn)出水管道、閥門、埋入管道等。

其中總進(jìn)出水管道布置于橋梁兩側(cè)，負(fù)責(zé)輸送恒溫地下水和回收換熱后的地下水。

無(wú)論是利用地下水對(duì)橋面鋪裝進(jìn)行冬季升溫還是夏季降溫，其換熱系統(tǒng)都可簡(jiǎn)化為如圖4

以下按控溫系統(tǒng)不同構(gòu)件介紹其具體實(shí)施方式：

一、蓄水池及沉淀池部分

流入橋面鋪裝層管網(wǎng)中的地下水必須保證不能有太多雜質(zhì)，以免堵塞管道。蓄水池除用于蓄積溫泉水外，還兼帶初步過(guò)濾雜質(zhì)的作用，沉淀池則用于進(jìn)一步進(jìn)行沉淀雜質(zhì)并兼有極端天氣下加熱地下水的作用。

蓄水池具體布置如下：

1、位置：蓄水池布置于地面以下便于保溫，同時(shí)位置不宜太深以便于定期清理維護(hù)；

2、尺寸：按控溫系統(tǒng)工作時(shí)所需水量決定；

3、材料：蓄水池池身材料選用粗砂碎石+抹面砂漿。

4、構(gòu)造：蓄水池由溢水口和濾網(wǎng)部分和出水口組成。蓄水池出水口設(shè)置濾網(wǎng)，以預(yù)防淤積物堵塞管道，濾網(wǎng)具體尺寸規(guī)格視施工現(xiàn)場(chǎng)情況而定。如圖5。

5、其他：為保證蓄水池正常運(yùn)行，應(yīng)定期進(jìn)行人工清淤處理。池內(nèi)不蓄水時(shí)應(yīng)阻斷進(jìn)水渠道。

沉淀池具體布置如下：

1、位置：沉淀池布置于地面以下便于保溫，同時(shí)位置不宜太深以便于定期清理維護(hù)；

2、尺寸：按控溫系統(tǒng)工作時(shí)所需水量決定；沉淀池沉淀雜質(zhì)時(shí)需要時(shí)間，所以尺寸不宜過(guò)?。?/p>

3、材料：沉淀池池身材料選用粗砂碎石+抹面砂漿；

4、構(gòu)造：沉淀池由溢水口和加熱部分和出水口組成。沉淀池出水口設(shè)置濾網(wǎng)，以預(yù)防淤積物堵塞管道，濾網(wǎng)具體尺寸規(guī)格視施工現(xiàn)場(chǎng)情況而定。如圖6。

5、其他：沉淀池應(yīng)定期進(jìn)行人工清淤處理。池內(nèi)不蓄水時(shí)應(yīng)阻斷進(jìn)水渠道。

二、外部輸水管道部分

運(yùn)輸管道布置與橋梁兩側(cè)，負(fù)責(zé)輸送恒溫地下水和回收換熱后的地下水。運(yùn)輸管道布置時(shí)可有一定的坡度變化以保證水流速度。運(yùn)輸管道應(yīng)具有良好的保溫性能，運(yùn)輸管道外層應(yīng)包裹一定厚度的保溫材料以起到保溫和保護(hù)管道的效果，輸水管道具體布置如下：

1、位置：連接沉淀池的輸水管道用螺紋鋼筋插入土層中固定主，每隔3m～5m設(shè)置一個(gè)；位于橋梁兩側(cè)的輸水管道，采用管卡等直接架設(shè)于橋梁外側(cè)，其高程控制以管道走向高程逐漸降低為宜；連接地面部分和橋面部分的管道，依附于橋墩上，采用管卡固定。

2、尺寸：按控溫系統(tǒng)工作時(shí)所需水量決定；

3、材料：運(yùn)輸管道本身應(yīng)選取導(dǎo)熱系數(shù)小且具有一定強(qiáng)度的材料，其次，材料還應(yīng)具有一定的防腐蝕能力。選取聚苯乙烯硬質(zhì)泡沫塑料管殼作為運(yùn)輸管道材料；管道外部可包裹一定厚度的保溫材料。

4、其他：輸水管道連接地面下沉淀池和橋面處管網(wǎng)，需保證壓力以滿足運(yùn)輸?shù)叵滤乃^要求，管道轉(zhuǎn)彎時(shí)可能會(huì)有水頭損失，需保證輸水管道轉(zhuǎn)彎時(shí)的圓滑過(guò)渡。安裝完成后應(yīng)進(jìn)行水壓測(cè)試。

5、操作工藝流程：

1)地面以下管道安裝：

①根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙的位置，進(jìn)行測(cè)量，打樁、放線、挖土、成型管道槽等。

②保持管道槽的平整，以防止管道彎曲受力不均。

③用螺紋鋼筋將主管道固定在管道槽內(nèi)，按一定間距進(jìn)行固定。

④管道入槽前，應(yīng)檢查槽底標(biāo)高和管道槽的尺寸是否符合設(shè)計(jì)要求，保溫層是否有損傷。管道應(yīng)先在溝邊進(jìn)行分段焊接。放管時(shí)，注意避免管道彎曲。

⑥槽內(nèi)管道焊接時(shí)，連接前必須清理。

2)橋面兩側(cè)管道安裝：

①按設(shè)計(jì)規(guī)定的安裝位置，量出支架上的支座位置，安裝支座。

②支架安裝牢固后，進(jìn)行架設(shè)管道安裝，管道和管件應(yīng)在地面組裝，長(zhǎng)度以便于吊裝為宜。

③管道吊裝應(yīng)使管道不產(chǎn)生彎曲為宜。已吊裝尚未連接的管段，要用支架上的卡子固定好。

④采用焊接時(shí)，管道全部吊裝完畢后再焊接。焊縫不可設(shè)在托架和支座上。

三、鋪裝層中管網(wǎng)布置方式

1、位置：管網(wǎng)布置于橋面鋪裝層中，管網(wǎng)的埋深會(huì)影響管網(wǎng)與橋面的換熱效果，經(jīng)過(guò)研究表明，在保證管網(wǎng)受力不致使管網(wǎng)損壞的前提下，可盡量減小管網(wǎng)的埋深；

2、尺寸：管網(wǎng)的管徑按控溫系統(tǒng)工作時(shí)所需水量決定，所需水量則與橋面所需換熱量決定，與橋梁外部條件有關(guān)。管徑不宜過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致管道內(nèi)存在太多空氣，影響換熱效率；同時(shí)管徑也不宜過(guò)小，參考取外徑12mm，壁厚1mm的不銹鋼管道。；

3、材料：埋入橋面的埋管管材，應(yīng)具備如下特點(diǎn)：(1)管材的強(qiáng)度要高；(2)埋管應(yīng)該具有較好的傳熱性能；(3)管材應(yīng)該具有較強(qiáng)的耐腐蝕性。考慮到管材埋置到鋪裝中工作時(shí)所受的應(yīng)力較大，采用不銹鋼作為埋入管材的材料；

4、構(gòu)造：埋入管道網(wǎng)的鋪設(shè)方式采用蛇形并聯(lián)布置方式。埋管的坡度和橋面縱坡和橫坡一致。蛇形布置可以提高流體與橋面的換熱效率，并聯(lián)是指將許多管道組成一個(gè)埋管單元布置，每個(gè)埋管單元有一個(gè)進(jìn)水、一個(gè)出水口和一個(gè)控制閥門，可以提高地下水的利用效率，并較小整個(gè)管網(wǎng)堵塞的概率。經(jīng)研究表明，管道之間的間距也會(huì)影響系統(tǒng)的換熱效率，間距越小換熱效率越高，但是成本隨之增加，參考取15cm：

5、施工步驟：

①在橋面板上放置鋼筋網(wǎng)用于固定管網(wǎng)；

②鋼筋網(wǎng)安裝后，管網(wǎng)以單元為單位在地面組裝，吊裝至鋼筋網(wǎng)上固定位置，不可拖拽以避免管網(wǎng)彎曲變形；

③將管網(wǎng)綁扎在鋼筋網(wǎng)上，并進(jìn)行點(diǎn)焊以固定。鋼筋網(wǎng)和管網(wǎng)之間可另外墊鋼筋來(lái)調(diào)控管網(wǎng)的埋深；

④進(jìn)行試水實(shí)驗(yàn)，在進(jìn)水口處用水泵導(dǎo)入具有一定水壓的水，并進(jìn)行檢查和補(bǔ)漏；

⑤澆筑混凝土覆蓋管網(wǎng)，澆注混凝土前應(yīng)將進(jìn)出水口包裹起來(lái)防止進(jìn)入水泥漿和雜質(zhì)。

本實(shí)施例與以往技術(shù)相比有益效果有：

一、對(duì)橋面換熱效果好，很好地緩解了橋面冬季易結(jié)冰夏季高溫產(chǎn)生車轍的問(wèn)題，同時(shí)解決橋梁兩大病害問(wèn)題，系統(tǒng)換熱效果按冬季與夏季情況分別論述：

1、冬季情況

經(jīng)COMSOL軟件進(jìn)行數(shù)值模擬，冬季外部溫度-3℃，風(fēng)速3m/s條件下，管網(wǎng)埋深15cm間距15cm，水溫15℃條件下，系統(tǒng)開(kāi)啟后，橋面溫度穩(wěn)定時(shí)溫度分布如圖7。

橋面溫度基本達(dá)到3℃以上，部分溫度接近4℃，加熱效果明顯。

2、夏季降溫情況

夏季外部溫度35℃，風(fēng)速3m/s條件下，管網(wǎng)埋深15cm間距15cm，水溫15℃條件下，有陽(yáng)光照射，系統(tǒng)開(kāi)啟后，有管網(wǎng)降溫和無(wú)管網(wǎng)降溫的橋面溫度隨時(shí)間變化趨勢(shì)如圖8。

二、節(jié)能高效

在富含地下水資源的地區(qū)利用地下水循環(huán)系統(tǒng)對(duì)橋面進(jìn)行控溫是十分節(jié)能高效的，這類與地層換熱系統(tǒng)的節(jié)能機(jī)理在于系統(tǒng)只需消耗1千瓦的能量，用戶即可獲得4千瓦以上的熱量或冷量，因此節(jié)能效果顯著，可以大大降低橋梁養(yǎng)護(hù)成本。而且，因?yàn)橥寥谰哂泻芎玫男顭嵝阅?，在冬季，低位熱能通過(guò)循環(huán)系統(tǒng)對(duì)橋梁供暖而且蓄存冷量，以備夏用；夏季將橋梁的熱量轉(zhuǎn)移到地下進(jìn)行蓄存，以備冬用，從而平衡了大地?zé)崃俊?/p>

其他技術(shù)如冬季加熱的導(dǎo)熱混凝土法、發(fā)熱電纜法，夏季的灑水法等都是十分耗費(fèi)資源的，需要耗費(fèi)大量的能量達(dá)到預(yù)期效果，效率比較低。

三、清潔環(huán)保

由于是采用清潔可再生的地下水作為取放熱資源，這種換熱系統(tǒng)是十分清潔環(huán)保的，不會(huì)對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生破壞。

其他技術(shù)如冬季防止結(jié)冰的撒鹽法會(huì)對(duì)周圍環(huán)境造成一定損害。

四、不會(huì)對(duì)橋體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生損害。管網(wǎng)結(jié)構(gòu)埋入橋面鋪裝層中，埋管間距與埋深的調(diào)整對(duì)橋面鋪裝瀝青層力學(xué)性能的影響較小，同時(shí)管網(wǎng)熱源產(chǎn)生溫度應(yīng)力對(duì)瀝青鋪裝層的影響也可忽略不計(jì)；

其他技術(shù)如冬季的機(jī)械除冰法和夏季的灑水降溫法都會(huì)對(duì)橋面產(chǎn)生一定的損害。

五、可控性強(qiáng)?？販叵到y(tǒng)可以根據(jù)橋梁所在地的氣候條件調(diào)整管網(wǎng)間距和埋深，遭遇極端天氣時(shí)也可及時(shí)通過(guò)改變通入管網(wǎng)內(nèi)的地下水溫度來(lái)控制橋面溫度場(chǎng)以達(dá)到預(yù)期控溫效果。現(xiàn)分別從管網(wǎng)埋深、管網(wǎng)間距、通入管網(wǎng)的地下水溫度等因素討論換熱系統(tǒng)的可控性。證明實(shí)際工程可調(diào)整合適的管網(wǎng)的埋深和間距來(lái)橋梁當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件，遭遇極端天氣時(shí)，還可調(diào)整水溫來(lái)使系統(tǒng)達(dá)到預(yù)期的換熱效果。

1、管網(wǎng)因素

圖9為管網(wǎng)埋深15cm，地下水溫15℃，埋管間距分別為5cm,10cm,15cm,20cm的條件下橋面表面平均溫度隨加熱時(shí)間的變化趨勢(shì)，地下水流速規(guī)定為十分大(100L/min)，即將管網(wǎng)簡(jiǎn)化為恒溫管考慮。

由圖9，橋面平均溫度的變化趨勢(shì)都是先增加而后趨于穩(wěn)定，這是由于橋面加熱一段時(shí)間后橋面與外界和管網(wǎng)的換熱會(huì)達(dá)到平衡，溫度不再變化，即達(dá)到穩(wěn)態(tài)。隨著埋管間距的加大，可以看出：①橋面最終所能達(dá)到的穩(wěn)態(tài)溫度不斷降低。②控溫系統(tǒng)的加熱效率隨間距增大而降低?？販叵到y(tǒng)的加熱效率是影響控溫效果的一個(gè)重要因素，控溫系統(tǒng)加熱效率高，意味著系統(tǒng)具有單位時(shí)間內(nèi)更強(qiáng)的換熱能力，橋面的加熱時(shí)間也就越短，同時(shí)適應(yīng)極端低溫天氣的能力也越強(qiáng)。

2、管網(wǎng)埋深因素

研究管網(wǎng)的埋置深度對(duì)于加熱效果的影響時(shí)，取埋管間距15cm、水溫15℃不變，改變其埋置深度來(lái)研究橋面加熱效果。管網(wǎng)埋深不宜過(guò)淺，否則管網(wǎng)易承受較大荷載而導(dǎo)致變形，同時(shí)為保證加熱效果，埋深不宜過(guò)大，最終取埋置深度5cm到15cm之間進(jìn)行研究。圖10為埋管埋置深度為變量情況下橋面平均溫度隨時(shí)間變化的趨勢(shì)。

可以看出，隨著埋深的加大，橋面穩(wěn)態(tài)平均溫度隨之下降，埋管深度與表面平均溫度之間呈負(fù)相關(guān)；同時(shí)，埋深越小，橋面達(dá)到理想加熱所需時(shí)間越短，效率越高。

3、管網(wǎng)間距和埋深綜合考慮

橋面表面平均溫度、加熱效率與埋管埋置深度、埋管間距均有密切關(guān)系，考慮到實(shí)際施工時(shí)需要根據(jù)客觀條件確定橋面加熱效果進(jìn)而確定合適的管網(wǎng)布置方案，經(jīng)過(guò)多次模擬，得出橋面達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)的平均溫度與管網(wǎng)埋深和管網(wǎng)間距的關(guān)系以及橋面達(dá)到理想加熱狀態(tài)所需加熱時(shí)長(zhǎng)與管網(wǎng)埋深和管網(wǎng)間距的綜合關(guān)系，如圖11。

橋面穩(wěn)態(tài)時(shí)平均溫度和橋面加熱至平均溫度3℃所需時(shí)長(zhǎng)均與管網(wǎng)的布置方式有很大的關(guān)系，綜合起來(lái)可以看出：

①管網(wǎng)間距越大，橋面表面溫度越低，加熱所需時(shí)間越長(zhǎng)；管網(wǎng)埋深越小，橋面表面溫度越高，加熱所需時(shí)間越短。但埋深對(duì)加熱時(shí)長(zhǎng)和最終加熱效果的影響更大。

②在加熱效果或者加熱時(shí)長(zhǎng)相同的情況下，存在不同的管網(wǎng)組合方式。例如間距5cm，埋深10cm時(shí)橋面穩(wěn)態(tài)平均溫度達(dá)到6℃，埋深5cm，間距20cm時(shí)橋面穩(wěn)態(tài)溫度同樣可以達(dá)到6℃，但是埋深5cm，間距20cm方案顯然比埋深10cm，間距5cm成本要低，實(shí)際工程中優(yōu)先采用埋深5cm，間距20cm方案。

③間距越小加熱效果越好但成本隨之提高，在保證管網(wǎng)受力安全的情況下，可以盡量減少管網(wǎng)埋深以獲得更好的加熱效果和加熱效率。

4、水溫因素

一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于某一特定區(qū)域，每年冬天氣溫的平均值與最低值不會(huì)產(chǎn)生太大變化，但有時(shí)候也會(huì)產(chǎn)生一些極端天氣。對(duì)于處于實(shí)際工程運(yùn)用中的橋面控溫系統(tǒng)，一旦發(fā)生極端低溫天氣，管網(wǎng)的布置方式是不可臨時(shí)改變的，為了達(dá)到預(yù)期的加熱效果，需要通過(guò)控溫系統(tǒng)中的加熱裝置來(lái)調(diào)整管網(wǎng)內(nèi)的水溫與流速進(jìn)而改變橋面溫度場(chǎng)。

如圖12為埋深5cm,間距10cm管網(wǎng)通入不同溫度的地下水后橋面平均溫度隨加熱時(shí)間的變化趨勢(shì)，可以看出，管網(wǎng)通入溫度更高的地下水，橋面能在更短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到理想加熱狀態(tài)且具有更高的穩(wěn)態(tài)溫度，可見(jiàn)，提高地下水溫度能夠獲得更好的加熱效果。

假設(shè)在實(shí)際工程運(yùn)用中，橋面布置的管網(wǎng)埋深和間距原本設(shè)計(jì)為應(yīng)對(duì)溫度-3℃，風(fēng)速3m/s的外部條件，某一年遭遇極端天氣，外部環(huán)境變?yōu)闇囟?5℃，風(fēng)速4m/s，如圖13，在0～10h之間，橋面管網(wǎng)通入15℃的地下水，達(dá)到穩(wěn)態(tài)后橋面平均溫度0℃左右，顯然不能滿足融冰效果，從10h開(kāi)始，通過(guò)沉淀池的加熱系統(tǒng)對(duì)地下水進(jìn)行加熱，使其溫度升高6度，即管網(wǎng)內(nèi)地下水溫度達(dá)到21℃。通入加熱地下水四個(gè)小時(shí)后，橋面溫度重新達(dá)到穩(wěn)態(tài)并維持在2.5℃左右，可見(jiàn)通過(guò)調(diào)整地下水水溫來(lái)應(yīng)對(duì)不同工況是可行的，這也保證了地下水橋面控溫系統(tǒng)應(yīng)對(duì)突發(fā)極端天氣的可靠性能。