人行天桥智能融雪化冰系统的研究与应用.pdfVIP

l lI5 似 人行天桥智能融雪化冰系统的研究与应用 Research and application of snow melting and deicing intelligent system of passenger footbridge 侯雪梅 HOU Xue—mei (西安邮电大学 自动化学院。西安710121) 摘 要：先阶段普遍采用的融雪剂和人工清除融雪化冰浪费了大量的人力和物力，同时也给环境造成 了很大的污染。针对城市人行天桥，本文研发设计了一种智能融雪化冰系统。该系统集成了 发热、隔导热和智能控制三部分，可通过自动监测环境温度和湿度智能开启发热单元产生热 量，然后通过导热层将热量均匀、高效地传给路面用于融雪化冰。隔热层的设计有效地防止 了热损失，使得融冰化雪系统的热耗损最小。测试实验证实了系统的智能化程度高、操简单 快捷、融雪化冰效果好。 关键词：融雪化冰；人行天桥；发热电缆；隔热层；导热层；智能控制 中图分类号 ：TP29 文献标识码：A 文章编号：1 009—01 34(201 2)1 1(下)一01 1 3—04 DOi：1 0．3969／i．issn．1 009-01 34．201 2．11(下)．32 0 引言 城市人行天桥一般建造在车流量大、行人稠 密的地段，或者交叉 口、广场及铁路上面，通常 只允许行人通过，主要用于避免车流和人流平面 相交时的冲突，保障人们安全的穿越，提高车速， 减少交通事故。 为了促进人、车的高效立体分流，我国城市 人行天桥的搭建主要采用的是悬空方式，因而使 得人行天桥与周边环境的热交换发生在天桥上、 下两面，其带来的难题是，对于处于北方寒区及 南方冻雨地带的城市天桥在冬天常常出现严重的 积雪结冰现象，导致天桥路面非常湿滑，频频造 成行人的滑倒和摔伤，极大的限制了人行天桥的 通行质量 。针对人行天桥的积雪结冰问题，我 国现阶段普遍采用两种融雪化冰技术，即人工清 除法 (人工机械、人工撒盐、沙子)和化学融化法 (融雪剂、降低冰点的路面材料) 。前者需要花 费大量的人力和物力；后者有很多负面效应如钢 筋锈蚀、剥蚀桥面及环境污染等 。且人工清除 法和化学融化法融雪化冰技术在极端条件下更难 适应现代交通安全和高效出行的需求 】，因此研 究新型、高效、自动化程度高的融雪化冰设备呈 现出了重要的应用价值和科学意义。 本文针对人行天桥，设计和研发了一套新型 融雪化冰系统。该系统可自动识别天气，智能开 启和关闭加热装置，达到快速融化冰雪的目的。 该系统为保障我国冬季人行天桥道路交通安全和 通行质量提供了新的解决方案。 1 智能融雪化冰系统的总体设计 1．1总体设计原理 发热层 图1 系统 结构 不意 图 智能融雪化冰系统的系统结构如图 1所示。 系统主要由发热、隔导热和智能控制三部分组成。 其设计思想为：智能控制部分实时监测外界环境， 控制发热源的开启，隔导热部分将产生的热量径 向并快速均匀的传递给路表用于融化冰雪，并使 该过程能耗损失最小。 1．2发热部分 电热融雪方法原理简单，且不会造成污染， 已成为路面融雪化冰措施之一。考虑到城市天桥 收稿日期：2012—06—18 基金项目：2012年陕西省教育厅科学研究计划项 目(12JK0791)；201 1年陕西省教育厅科学研究计划项目(1 1JK0990) 作者简介：侯雪梅 (1976一)，女，陕西咸阳人，讲师，博士生，研究方向为智能交通、模式识别。 第34卷 第11期 2012-11(下) 【113] 学兔兔 普遍采用电力照明，电源来源快捷、方便，因此 本系统选用了电热融雪方案。本系统发热电缆采 用美国马利双导双发热合金电阻丝电缆 (功率为 18W／m)，每平方单位面积的铺装功率为 150W， 工作温度温度在40 oC~60~C，发热部分具有安全、 耐用、环保热冲击小、操作简单、控制方便、抗 压性能力强和能保证低温融雪等优点。 1．3隔、导热部分 隔、导热部分选择三层平壁的稳定热传导方 式。导热层设计为平板中间有均匀凹槽，凹槽用 于铺设发热电缆，通过导热板将发热电缆产生的 热量均匀快速传递给天桥路表，底层的隔热板则 用于隔离热量向地下传递。系统铺设结构图如 2 所示。 路表 面 、 图2 系统铺设结构 图 导热层被发热电缆加热后需快速导热，并快 速将热量传递给路面，导热层因此需选用导热 系数高的材料。本系统采用平均导热系数很好 的复合碳材料，其主要的性能指标包括：复合 碳材料的密度大约 0．12kg／m ，平均导热系数为 400~500W／m·K，复合碳材料的厚度为 0．5mm(厚 度薄则承重强度达不到，太厚则浪费材料)，材 料上每隔 100mm留有凹槽用来摆放导热丝，这 样的距离正好能让复合碳均匀受热，不