基于U型桩埋管地热能技术在道路融雪中的应用研究

摘要

随着能源和环境问题日益突出，地热能的研究和应用发展迅速。本文将地热能的开发引入到道路冰雪融化技术上，针对地热能融雪技术开发了一套地热能道路融雪系统。结合U型桩埋管构件力学实验，建立ANSYS有限元数学模型分析加以论证，并在此基础上对不同的道路地理环境提出了不同的埋管铺设方案。主要内容如下:
　　1、通过对能源储备、环境影响以及国家政策法规等问题进行研究，证明了地热能这种可再生资源在日益严峻的国内外焦点问题集结的环境下具有充分的开发前景，并对地源热泵系统做了详细介绍，提出了将地热能引入到道路融雪技术上的可行性。
　　2、构思了地热能道路融雪系统的组成部分:地下热交换部分、融雪热泵机组和末端融雪部分的结构组成，并对系统的铺设构想和工作原理做了详细介绍。
　　3、分析地下热交换部分，研究U型PE埋管对混凝土的抗弯能力、抗压能力、抗拉承载能力的影响，并概括总结出桩埋管在工程项目上使用的可行性，提出了将U型管埋置于抗滑桩内的地热能道路融雪技术方案。
　　4、将桩埋管构件与无管桩构件进行对照试验，分析桩构件有无埋管对其承载能力的影响，并用ANSYS建立数学模型加以论证，分别分析构件在抗压、抗折、抗弯等形变过程中的受力和变形情况，较好的吻合了物理试验，增强了结果的准确性，分析两者结论证明:U型管对混凝土桩结构的承载能力影响较小。
　　5、对地热能道路融雪系统进行设计和方案比选，并对其造价和运行费用做了详细的分析，经安全性、可靠性、环境影响性的充分比较，证明U型桩埋管在道路融雪除雪技术上的优势，在工程上可以加以应用。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 地热能的开发现状及发展前景

1．1．1 地源热泵的发展历史及我国能源状况

1．1．2 地源热泵的分类及各自的特点

1．1．3 土壤源热泵空调与普通空调运行方式的比较

1．1．4 政策法规

1．1．5 结论

1．2 地源热泵的工作原理

1．2．1 地源热泵系统形式

1．2．2 地源热泵的工作原理

1．2．3 地源热泵的限制因素

1．2．4 地源热泵的优点

1．2．5 地源热泵的发展前景

1．3 国内外融雪技术现状

1．3．1 常见的融雪技术

1．3．2 机械除冰雪和散布融雪剂融雪技术简介

1．3．3 抑制冻结铺装类技术简介

1．3．4 利用能量转化装置的融雪技术

1．4 本章研究内容

1．4．1 研究内容

1．4．2 技术路线

1．5 本章小结

第二章 地热能道路融雪系统简介

2．1 地热能路面融雪系统组成

2．1．1 融雪系统下部热交换部分

2．1．2 融雪系统热泵机组部分

2．1．3 系统末端融雪部分

2．2 工作原理与铺设构想

2．2．1 道路融雪系统工作原理

2．2．2 道路融雪系统铺设构想

2．3 本章小结

第三章 U型桩埋管构件的试验研究

3．1 试验的简介

3．1．1 桩构件的设计与制作

3．1．2 桩构件的浇筑和养护

3．2 抗压试验研究

3．2．1 抗压桩试件设计

3．2．2 试验方法与过程

3．2．3 试验现象

3．2．4 试验结果及分析

3．3 抗弯试验研究

3．3．1 抗弯桩试件设计

3．3．2 试验方法及过程

3．3．3 试验现象

3．3．4 试验结果及分析

3．4 抗拉试验研究

3．4．1 抗拉桩试验设计

3．4．2 试验方法及过程

3．4．3 试验现象

3．4．4 试验结果及分析

3．5 本章小结

第四章 U型桩埋管构件的数值分析

4．1 有限单元法的综述

4．1．1 有限单元法的简介

4．1．2 有限单元法的特点

4．2 ANSYS软件的简介

4．2．1 材料本构关系的建立

4．2．2 桩构件混凝土的本构关系

4．2．3 建立ANSYS模型

4．3 数值模拟分析

4．3．1 桩构件受压数值分析

4．3．2 受弯桩构件数值分析

4．3．3 桩构件受拉数值分析

4．4 数值模拟分析的适应性

4．5 本章小结

第五章 降雪地区道路融雪治理研究

5．1 降雪地区埋管铺设方案

5．1．1 管道铺设设计程序

5．1．2 融雪治理方案的比选和优化

5．1．3 融雪系统的建立

5．1．4 融雪系统的经济性分析

5．2 环境影响评价与防治效益评估

5．2．1 环境影响评价

5．2．2 防治效益评评估

5．3 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

在学期间发表的论著及取得的科研成果