CN106192667A - 一种太阳能供暖防止公路路面结冰的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的太阳能供暖防止公路路面结冰的系统，包括太阳能加热系统，循环系统，内部设有介质流通的蓄水箱以及在公路路面下铺设的内部设有介质流通的供暖管道；太阳能加热系统能够将太阳能转换成热能，对蓄水箱中的介质进行加热；循环系统用于促进供暖管道和蓄水箱中的介质流通循环进行热交换；供暖管道利用其内部加热的介质对公路路面进行加热，防止公路路面结冰。该系统既可以充分利用太阳能又可以防止冬天公路路面结冰，从而为在结冰公路上安全行驶提供保障。本发明提供的太阳能供暖防止公路路面结冰的方法，能够根据使得铺设在公路下的供暖管道均匀加热，公路路面受热均匀，更好地防止公路路面结冰。

Description

一种太阳能供暖防止公路路面结冰的系统和方法
技术领域
本发明涉及自动化控制领域，尤其涉及将太阳能热泵供暖结合光伏发电系统应用于公路路面以防止结冰的方法。
背景技术
在冬季温度很低时，路面往往容易结冰，尤其是桥梁路面和隧道出口处路面，路面结冰就给车辆行驶带来了一定的困难，降低行车的安全性。例如隧道出口处路面结冰时，如果在隧道内高速行车，车辆在出隧道前未及时减速而直接驶入结冰路面，由于路面较滑，车辆减速时容易造成交通事故。虽然在隧道出入口均有LED等显示设备显示“结冰路面，注意减速慢行”之类的提醒，但往往很多人都没减速或是未及时减速，这便为出隧道之后造成安全隐患。而针对这种行驶条件较差的结冰路面环境下，目前也无其他安全措施。
发明内容
针对现有技术中存在的上述不足，本发明目的在于怎么提供一种防止公路路面结冰的系统，能够利用太阳能对路面加热防止冬天公路路面结冰，从而提高在结冰路面上行车的安全性。
本发明的另一个目的还在于提供防止公路路面结冰的方法。
为解决上述技术问题，实现发明目的，本发明采用的技术方案如下：
一种太阳能供暖防止公路路面结冰的系统，包括太阳能加热系统，循环系统，内部设有介质流通的蓄水箱以及在公路路面下铺设的内部设有介质流通的供暖管道；太阳能加热系统能够将太阳能转换成热能，对蓄水箱中的介质进行加热；循环系统用于促进供暖管道和蓄水箱中的介质流通循环进行热交换；供暖管道利用其内部加热的介质对公路路面进行加热，防止公路路面结冰。
进一步，所述太阳能加热系统包括光伏板，控制器，蓄电池以及设置在蓄水箱中的加热器；光伏板用于采集太阳能，并将采集的太阳能通过转换电路转换成电能后，在控制器的控制下对蓄电池进行充电；蓄电池在控制器的控制下启动加热器，使得加热器能够对蓄水箱中的介质进行加热。
进一步，所述循环系统包括设置在供暖管道中的第二水泵、第二电磁阀门以及第三温度传感器；第三温度传感器用于检测路面的温度，控制器根据第三温度传感器检测到的温度，控制第二水泵和第二电磁阀门开启，使得供暖管道中介质和蓄水箱中介质循环流通交换热能。
进一步，还包括内部具有介质流通的与蓄水箱连接的辅助供暖管道，所述太阳能加热系统包括设置在辅助供暖管道上的集热器，集热器用于将采集的太阳能转换为热能，辅助供暖管道中的介质从集热器的入口流进集热器，并从集热器的出口流出进入辅助供暖管道。
进一步，所述循环系统还包括设置在辅助供暖管道中的换热器和第一水泵；换热器安装在蓄水箱中，用于交换蓄水箱中介质和辅助供暖管道中介质的热量；还包括用于检测集热器中介质的温度，以及与蓄水箱接触用于检测蓄水箱内介质温度的第二温度传感器；控制器用于根据第一温度传感器和第二温度传感器的差值控制第一水泵开启，使得辅助供暖管道中介质和蓄水箱中介质循环流通交换热能。
进一步，所述辅助供暖管道中还设有第一电磁阀门，控制器能够根据第一温度传感器检测到的温度控制第一电磁阀门开启。
一种太阳能供暖防止公路路面结冰的方法，在上述的太阳能供暖防止公路路面结冰的系统上运行，包括：
检测蓄电池是否充满；如果充满，停止光伏板对蓄电池进行充电；如果未充满，继续控制光伏板对蓄电池进行充电；
检测蓄电池的输出电压，并根据蓄电池的输出电压和蓄水箱内介质温度控制加热器启动，对蓄水箱中介质进行加热。
进一步，还包括：
检测路面温度T3；
判断T3是否小于供暖管道温度下限，如果是，控制第二水泵和第二电磁阀门开启，使得供暖管道中介质和蓄水箱中介质循环流通交换热能。
进一步，还包括
检测集热器中介质的温度T1以及蓄水箱内介质温度T2；
判断T1与T2的差值是否大于预设的回路差值；如果是，控制第一水泵开启，使得辅助供暖管道中介质和蓄水箱中介质循环流通交换热能。
进一步，还包括：
判断路面温度是否大于预设的辅助供暖管道温度上限；如果是，控制第一电磁阀门开启。
相比于现有技术，本发明具有如下优点：
1、结合吸收式太阳能供暖和光伏发电对蓄水箱中介质和供暖管道中介质加热，通过供暖管道中已加热的介质给路面供暖，整套系统无需其他外界辅助热源和电能。
2、供暖管道为与路面宽度同向的网状结构，对于隧道出口和桥梁路面，可以让路面呈现水—水、冰混合体—冰的状态，使得驾驶员安全减速与行驶，同时驾驶员还可以了解到路面状态，进而调整安全行驶速度。
3、供暖管道上装有温度传感器，用于测量地面温度，由控制器、温度传感器、水泵和电磁阀门协调工作来完成供暖管道中的介质循环流通，使得供暖管道中的介质均匀受热并均匀提高路面温度，防止路面结冰。
附图说明
图1为实施例中提供的太阳能供暖防止公路路面结冰的系统的示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例：
一种太阳能供暖防止公路路面结冰的系统，如图1所示，包括太阳能加热系统，循环系统，内部设有介质流通的蓄水箱以及在公路路面下铺设的内部设有介质流通的供暖管道；太阳能加热系统能够将太阳能转换成热能，对蓄水箱中的介质进行加热；循环系统用于促进供暖管道和蓄水箱中的介质流通循环进行热交换；供暖管道利用其内部加热的介质对公路路面进行加热，防止公路路面结冰。
具体实施时，介质可以为水。供暖管道设置在公路容易结冰的位置，例如隧道出口和桥梁路面。供暖管道铺设在路面中容易结冰的整个路面段下，使得容易结冰的整个路面段都能被加热。循环系统主要起到促进供暖管道中介质流通。
所述太阳能加热系统包括光伏板3，控制器5，蓄电池4以及设置在蓄水箱中的加热器14；光伏板3用于采集太阳能，并将采集的太阳能通过转换电路转换成电能后，在控制器5的控制下对蓄电池4进行充电；蓄电池4在控制器的控制下启动加热器，使得加热器能够对蓄水箱中的介质进行加热。由于冬天太阳能不足所以为了保证整个系统的正常运行，防止路面结冰。利用加热器直接对蓄水箱中的介质进行加热。由于采用加热器加热必然就会造成电能的消耗，为了进一步降低成本，采用光伏板和蓄电池，将太阳能转换为电能并存储在蓄电池中，这样当需要加热器加热时，可以直接利用蓄电池中存储的电能供电，起到了节能的效果。
所述循环系统包括设置在供暖管道中的第二水泵10、第二电磁阀门13以及第三温度传感器12；第三温度传感器12用于检测路面的温度，控制器根据第三温度传感器12检测到的温度，控制第二水泵10和第二电磁阀门13开启，使得供暖管道中介质和蓄水箱中介质循环流通交换热能。供暖管道直接获取蓄水箱中存储的热能，使得供暖管道中的介质的温度升高。供暖管道中温度低的介质与蓄水箱中温度低的介质进行循环后，能够使得供暖管道中介质与蓄水箱中介质达到相同的温度，从而提高铺设有供暖管道的路面的温度，更充分地利用了蓄水箱中的热能进行传热，成本低。
还包括与蓄水箱连接的辅助供暖管道，所述太阳能加热系统包括设置在辅助供暖管道上的集热器1，集热器1用于将采集的太阳能转换为热能，辅助供暖管道中的介质从集热器1的入口流进集热器，并从集热器1的出口流出进入辅助供暖管道。采用集热器收集太阳能，集热器直接将太阳能转换成热能对辅助供暖管道的介质加热，不需要其他的转换装置，方便使用。温度低的介质从集热器的入口流进集热器加热后，形成温度高的介质从集热器的出口流出进入辅助供暖管道，如此循环下，整个辅助供暖管道中的介质都能够全部被加热，同时能够增加集热器来收集更多的热能，且集热器收集的热能能够存储在蓄水箱中，达到更好的节能的效果。
所述循环系统包括设置在辅助供暖管道中的换热器8和第一水泵15；换热器8安装在蓄水箱7中，用于交换蓄水箱7中介质和辅助供暖管道中介质的热量；还包括用于检测集热器中介质温度的第一温度传感器9，以及与蓄水箱接触用于检测蓄水箱内介质温度的第二温度传感器2；控制器5用于根据第一温度传感器9和第二温度传感器2的差值控制第一水泵15开启，使得辅助供暖管道中介质和蓄水箱中介质循环流通交换热能。
蓄水池一方面用于存储水，另一方面方便与辅助供暖管道的介质交换热能。第一水泵用于加快辅助供暖管道中介质和蓄水箱中介质的循环速度。由于集热器直接对辅助供暖管道中介质加热的，所以辅助供暖管道中介质的温度高于蓄水箱中介质的温度，第一温度传感器和第二温度传感器的差值越大，说明辅助供暖管道中介质的温度过高了，此时为了存储热量，可以开启第一水泵，使得辅助供暖管道中介质和蓄水箱中介质进行循环，减小辅助供暖管道中介质温度和蓄水箱中介质温度的差值，将辅助供暖管道中储存的热能保存在蓄水箱中。
所述辅助供暖管道中还设有第一电磁阀门6，控制器能够根据第一温度传感器检测到的温度控制第一电磁阀门6开启。第一电磁阀门关闭时，使得辅助供暖管道中的介质没法得到循环。第一电磁阀门开启时，促进了辅助供暖管道中的介质的循环。
一种太阳能供暖防止公路路面结冰的方法，在上述的太阳能供暖防止公路路面结冰的系统上运行， 为了保证整个充电电路的安全，当蓄电池充满电后，应停止对蓄电池进行充电，包括：
检测蓄电池是否充满；如果充满，停止光伏板对蓄电池进行充电；如果未充满，继续控制光伏板对蓄电池进行充电，直至蓄电池充满电；
检测蓄电池的输出电压，并根据蓄电池的输出电压和蓄水箱内介质温度控制加热器启动，对蓄水箱中介质进行加热。蓄电池的输出电压越大，说明蓄电池中存储的电能越大。蓄水箱内介质温度越低，说明整个系统中的热能不足，需要增加整个系统的热能，来提高路面温度，防止路面结冰。只有在蓄电池中存储的电能足够，且蓄水箱内介质温度较低时，才启动加热器，否则依然依靠集热器吸收太阳能。具体启动加热器时蓄电池的输出电压和蓄水箱内介质温度根据具体情况而定。
检测路面温度T3；
判断T3是否小于供暖管道温度下限，如果是，说明供暖管道中介质热能不足，不能更好地提高路面温度，防止路面结冰，控制第二水泵和第二电磁阀门开启，使得供暖管道中介质和蓄水箱中介质循环流通交换热能，从而提高供暖管道中介质的温度，更好地防止路面结冰。
为了将低成本，针对辅助供暖管道，还包括：
检测集热器中介质的温度T1以及蓄水箱内介质温度T2；
判断T1与T2的差值是否大于预设的回路差值；如果是，控制第一水泵开启，使得辅助供暖管道中介质和蓄水箱中介质循环流通交换热能。预设的回路差值范围可以为20℃-40℃，优选30℃。
当集热器中介质温度过高时，为了将集热器收集的过剩的热能存储起来。包括：判断集热器中介质温度是否大于预设的辅助供暖管道温度上限；如果是，说明集热器收集的热能过剩，控制第一电磁阀门开启，促进辅助供暖管道中介质与蓄水箱中介质循环，使得辅助供暖管道中部分热能能够存储在蓄水箱中。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种太阳能供暖防止公路路面结冰的系统，其特征在于，包括太阳能加热系统，循环系统，内部设有介质流通的蓄水箱以及在公路路面下铺设的内部设有介质流通的供暖管道；太阳能加热系统能够将太阳能转换成热能，对蓄水箱中的介质进行加热；循环系统用于促进供暖管道和蓄水箱中的介质流通循环进行热交换；供暖管道利用其内部加热的介质对公路路面进行加热，防止公路路面结冰。
2.如权利要求1所述的太阳能供暖防止公路路面结冰的系统，其特征在于，所述太阳能加热系统包括光伏板，控制器，蓄电池以及设置在蓄水箱中的加热器；光伏板用于采集太阳能，并将采集的太阳能通过转换电路转换成电能后，在控制器的控制下对蓄电池进行充电；蓄电池在控制器的控制下启动加热器，使得加热器能够对蓄水箱中的介质进行加热。
3.如权利要求1所述的太阳能供暖防止公路路面结冰的系统，其特征在于，所述循环系统包括设置在供暖管道中的第二水泵、第二电磁阀门以及第三温度传感器；第三温度传感器用于检测路面的温度，控制器根据第三温度传感器检测到的温度，控制第二水泵和第二电磁阀门开启，使得供暖管道中介质和蓄水箱中介质循环流通交换热能。
4.如权利要求1所述的太阳能供暖防止公路路面结冰的系统，其特征在于，还包括内部具有介质流通的与蓄水箱连接的辅助供暖管道，所述太阳能加热系统包括设置在辅助供暖管道上的集热器，集热器用于将采集的太阳能转换为热能，辅助供暖管道中的介质从集热器的入口流进集热器，并从集热器的出口流出进入辅助供暖管道。
5.如权利要求4所述的太阳能供暖防止公路路面结冰的系统，其特征在于，所述循环系统还包括设置在辅助供暖管道中的换热器和第一水泵；换热器安装在蓄水箱中，用于交换蓄水箱中介质和辅助供暖管道中介质的热量；还包括用于检测集热器中介质的温度，以及与蓄水箱接触用于检测蓄水箱内介质温度的第二温度传感器；控制器用于根据第一温度传感器和第二温度传感器的差值控制第一水泵开启，使得辅助供暖管道中介质和蓄水箱中介质循环流通交换热能。
6.如权利要求5所述的太阳能供暖防止公路路面结冰的系统，其特征在于，所述辅助供暖管道中还设有第一电磁阀门，控制器能够根据第一温度传感器检测到的温度控制第一电磁阀门开启。
7.一种太阳能供暖防止公路路面结冰的方法，其特征在于，在如权利要求2所述的太阳能供暖防止公路路面结冰的系统上运行，包括：
检测蓄电池是否充满；如果充满，停止光伏板对蓄电池进行充电；如果未充满，继续控制光伏板对蓄电池进行充电；
检测蓄电池的输出电压，并根据蓄电池的输出电压和蓄水箱内介质温度控制加热器启动，对蓄水箱中介质进行加热。
8.如权利要求7所述的太阳能供暖防止公路路面结冰的方法，其特征在于，还包括：
检测路面温度T3；
判断T3是否小于供暖管道温度下限，如果是，控制第二水泵和第二电磁阀门开启，使得供暖管道中介质和蓄水箱中介质循环流通交换热能。
9.如权利要求7所述的太阳能供暖防止公路路面结冰的方法，其特征在于，还包括
检测集热器中介质的温度T1以及蓄水箱内介质温度T2；
判断T1与T2的差值是否大于预设的回路差值；如果是，控制第一水泵开启，使得辅助供暖管道中介质和蓄水箱中介质循环流通交换热能。
10.如权利要求7所述的太阳能供暖防止公路路面结冰的方法，其特征在于，还包括：
判断路面温度是否大于预设的辅助供暖管道温度上限；如果是，控制第一电磁阀门开启。
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