CN117723587A - 一种道路融雪化冰系统性能测试方法及性能测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种道路融雪化冰系统性能测试方法及性能测试装置，属于性能测试技术领域。本发明解决了缺乏用于对道路融雪方法进行融雪效果测试方法和装置的问题，本发明通过在测试空间内按照实际路面铺设道路，并在道路内铺设融雪化冰系统；在测试空间内根据实际天气情况模拟天气情况，并根据模拟的天气关闭或打开融雪化冰系统；当融雪化冰系统开启时对路面融雪情况进行数据采集；根据采集的融雪数据评价融雪化冰系统的融雪效果，通过在可封闭空间内模拟冰雪天气，以模拟融雪化冰系统在道路上运行的真实状态，提高模拟准确度，可以准确评价融雪化冰系统的融雪效果。

Description

一种道路融雪化冰系统性能测试方法及性能测试装置

技术领域

本发明属于性能测试技术领域，具体涉及一种道路融雪化冰系统性能测试方法及性能测试装置。

背景技术

公路建设转向西部高原山区后，海拔急剧爬升，气候条件恶劣，桥隧比高，达70%以上，由于桥下悬空，且通常是为了跨越河流、峡谷，桥面温度通常比路基段低3~5℃，因此冬季桥面更容易出现积雪结冰，影响车辆的通行安全；隧道洞口由于内外气流交汇，温度、湿度差异较大，易出现积雪结冰，且由于洞内外光线变化，驾驶员易出现发硬不及时，造成交通事故，威胁影响车辆的通行安全。目前针对路面铺装的融雪化冰需求，能量转化型融冰雪技术主要采用碳纤维加热、循环流体加热等技术，但是现有技术中缺乏用于对该道路融雪化冰方法进行融雪化冰效果测试的方法和装置，不利于融雪化冰方法的进步。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明提供了一种道路融雪化冰系统性能测试方法及性能测试装置。

本发明采用的技术方案如下：

一种道路融雪化冰系统性能测试方法，包括以下步骤：

步骤A：在测试空间内按照实际路面铺设道路，并在道路内铺设融雪化冰系统；

步骤B：在测试空间内模拟所需的天气情况；

步骤C：启动融雪化冰系统，对道路路面的融雪化冰情况进行数据采集；

步骤D：根据采集的融雪数据评价融雪化冰系统的融雪效果，用以确定融冰雪系统在实际路面的铺设参数。

采用该技术方案后，在测试空间内可模拟冰雪天气情况，并根据天气情况启动融雪化冰系统，以模拟融雪化冰系统在道路上运行的真实状态，提高模拟准确度，可以准确评价融雪化冰系统的融雪效果。

作为优选，步骤A中的融雪化冰系统设置有多个，且每个融雪化冰系统设置的结构和/或参数不同，步骤C中分别对每个融雪化冰系统的融雪情况进行数据采集。

采用该技术方案后，可在同一空间内设置多种种类融雪化冰系统或设置多个改变参数的同一种类的融雪化冰系统，以形成对比，方便比较融雪效果差异。

作为优选，步骤B中还包括对当地的天气情况进行监测，当监测到当地的天气情况可能会导致路面发生冰雪堆积时，在测试空间内预先启动融雪化冰系统，然后在相应的时间模拟当地实际天气情况，并在开启融雪化冰系统后根据步骤C采集的路面融雪化冰情况数据自动将融雪化冰系统在满负荷持续式加热模式和间歇式加热模式中切换。

作为优选，所述融雪化冰系统为以空气热源泵为热源的水平环路热管，当融雪化冰系统启动后先根据空气热源泵回液侧的温度判断融雪化冰系统是否正常运行，若判断为运行异常则关闭融雪化冰系统。

作为优选，步骤A中所述道路的结构为桥面结构或路基路面结构。

一种道路融雪化冰系统性能测试装置，包括箱体，所述箱体的内底部铺设有道路，所述道路内设置有融雪化冰系统，所述箱体内设置有天气模拟机构和数据采集机构，所述天气模拟机构包括设置在箱体顶部的若干喷嘴，所述喷嘴连接有水箱，所述数据采集机构包括沿道路路面设置有融雪化冰系统处设置的若干第二温度检测传感器和设置在箱体顶部的摄像头，部分所述第二温度检测传感器沿道路表层均匀排布，另一部分第二温度检测传感器逐层埋设在路面内部，所述融雪化冰系统、数据采集机构以及天气模拟机构均电连接有控制器。

作为优选，所述喷嘴与水箱之间设置有电动阀门和泵体，所述电动阀门和泵体与控制器电连接，所述天气模拟机构还包括设置在箱体上的冷凝器和第一温度检测传感器，所述冷凝器连接有压缩机，所述第一温度检测传感器、压缩机和冷凝器均与控制器电连接。

作为优选，所述第二温度检测传感器和摄像头均与控制器电连接，所述控制器还电连接有设置在箱体上的风机和湿度检测机构。

作为优选，所述控制器还电连接有设置在箱体上的风机和湿度检测机构。

采用该技术方案后，封闭空间内可能会形成雾气，通过风机可将雾气排出，提高数据采集精确度。

作为优选，所述融雪化冰系统设置有若干个。

作为优选，所述融雪化冰系统包括设置在道路内的以空气热源泵为热源的水平环路热管，所述空气热源泵的回液侧的管路上设置有第三温度检测传感器，所述第三温度检测传感器与控制器电连接。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1.本发明可在测试空间内可模拟冰雪天气情况，并根据天气情况启动融雪化冰系统，以模拟融雪化冰系统在道路上运行的真实状态，提高模拟准确度，可以准确评价融雪化冰系统的融雪效果。

2.本发明可以定量模拟融雪化冰系统在不同结冰状态以及融雪化冰系统安装深度下的融雪参数，为实际的道路铺设融雪化冰系统提供准确的参考，在不影响道路本身结构的情况下，实现融雪化冰系统的最优参数设计。

3. 本发明可在同一空间内设置多种种类融雪化冰系统或设置多个改变参数的同一种类的融雪化冰系统，以形成对比，方便比较融雪效果差异。

4. 本发明中测试空间内可能会形成雾气，影响数据采集，因此当判断发生雾气时，进行除雾，提高数据采集精确度。

5. 本发明自动化控制逻辑能够实现系统远程智能控制，根据路面状态采取满负荷持续式加热和间歇式加热模式切换，可在保证路面融雪效果前提，大大降低模拟实验过程中的运行耗电量，达到了节能环保的技术效果。

附图说明

图1为本发明的道路融雪化冰系统性能测试装置的正面内部结构示意图；

图2为本发明的道路融雪化冰系统性能测试装置的侧面结构示意图；

图3为图2中A处的截面结构示意图；

图4为实施例1路面不同位置升温曲线图；

图5为实施例1融雪路面状态图，其中图5（a）为开始加热时的融雪路面状态图，图5（b）为加热1.5h时的融雪路面状态图，图5（c）为加热2.5h时的融雪路面状态图，图5（d）为加热4h时的融雪路面状态图；

图6为实施例1融雪路面红外温度图，其中图6中的左图为开始加热时的融雪路面红外温度图，图6中的右图为加热4h时的融雪路面红外温度图；

图7为环境温度在-5℃-0℃之间时，融雪化冰系统控制运行逻辑图；

图8为环境温度在-10℃-5℃之间时，融雪化冰系统控制运行逻辑图；

图9为环境温度在低于-10℃之间时，融雪化冰系统统控制运行逻辑图；

其中，1-箱体，2-雨棚，3-喷嘴，4-气象站，5-排水管，6-摄像头，7-控制器，8-风机，9-空气热源泵，10-冷凝器，11-第一温度检测传感器，12-压缩机，13-水箱，14-第二温度检测传感器，15-道路，16-控制终端。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例1

参照图1-3，一种道路融雪化冰系统性能测试方法，所述道路融雪化冰系统性能测试方法采用道路融雪化冰系统性能测试装置进行，道路融雪化冰系统性能测试装置包括箱体1，所述箱体1的底部铺设有道路15，所述道路15内设置有融雪化冰系统，所述箱体1内设置有天气模拟机构和数据采集机构，所述融雪化冰系统、数据采集机构以及天气模拟机构均电连接有控制器7；

本实施例中，道路15采用简支梁桥+10cm桥面调平层+10cm沥青面层，所述天气模拟机构包括设置在箱体1顶部的若干喷嘴2，所述喷嘴2连接有水箱13，所述喷嘴2与水箱13之间设置有电动阀门和泵体，所述电动阀门和泵体与控制器7电连接，所述天气模拟机构还包括设置在箱体1上的冷凝器10和第一温度检测传感器11，所述冷凝器10连接有压缩机12，所述第一温度检测传感器11、压缩机12和冷凝器10均与控制器7电连接，所述控制器7电连接有控制终端16，所述箱体1上设置有与冷凝器10配合的排水管5，用于将形成的冷凝水排出。

本实施例中，所述喷嘴2的喷口粗细可调，可使喷嘴2喷出水雾或水，从而使道路15的路面形成霜层或冰层。

本实施例中，所述控制终端16包括电脑显示屏、电脑主机、路由器、通讯模块等。

本实施例中，所述数据采集机构包括沿道路15路面设置有融雪化冰系统处设置的若干第二温度检测传感器14和设置在箱体1顶部的摄像头6，所述第二温度检测传感器14和摄像头6均与控制器7电连接。

本实施例中，所述第二温度检测传感器14为PT100温度传感器，所述第一温度检测传感器11为红外遥感测温仪。

本实施例中，所述控制器7还电连接有设置在箱体1上的风机8和湿度检测机构。

本实施例中，所述融雪化冰系统包括设置在道路15内的以空气热源泵9为热源的水平环路热管，所述空气热源泵9固定设置在箱体1上。

本实施例中，所述箱体1的顶部设置有雨棚2。

所述方法具体包括以下步骤：

步骤A：在箱体1的底部内按照实际路面铺设道路15，并在道路15内铺设融雪化冰系统，该融雪化冰系统包括埋设在道路15内的以空气热源泵9为热源的水平环路热管，管材无缝不锈钢管，管径8mm，间距10cm，埋设在桥面调平层混凝土中间部位，距路表深度15cm，热管下部采用U型橡胶套/橡胶塑料保温，上部漏出1~3mm间距热管；

步骤B：根据需要模拟的冰雪情况，启动相应数量的电动阀门和泵体，使与相应电动阀门和泵体连接的喷嘴喷水或喷雾，同时通过压缩机12和冷凝器10配合，使箱体1内达到相应的温度，通过第一温度检测传感器11实时检测箱体1内的温度，监测箱体1内是否达到所需的温度，使其可以发生冰雪，使道路15的表面形成相应厚度的霜层或冰层，通过湿度检测机构和摄像头检测到的画面共同判断是否会发生起雾（满足其一就启动风机8），当判断起雾后，启动风机8，通过风机8将雾气排出，避免其影响图像检测效果；

步骤C：启动空气热源泵9，通过第二温度检测传感器14实时检测道路15表面各处及各层各时间段设置有融雪化冰系统处的温度，通过摄像头6实时监测道路15的表面是否有冰雪，并对采集的图片和检测到的温度情况进行记录；

步骤D：根据采集的图片和检测到的温度情况评价融雪化冰系统的融雪效果。

图4-图6为环境温度为-10℃时，有霜状态下路面结构不同深度升温曲线、路表加热状态和红外测温图，由于本实施例中路面已经形成了霜层，因此融雪化冰系统启动后直接进入满负荷持续加热模式，当路面霜层融化后，若还在处于低温或降雪环境中则启动间歇式加热模式直到低温或降雪天气结束。

图4表明，路面不同位置处温度均随加热时间增加而不断升高，热管埋设层位温度最高，路表在2.7h温度升到1℃。图5表明，加热1.5h左右，路表覆盖霜开始融化，随着加热时间增加，融化区域越来越大，到4h后，所有铺设区域均融化。图6红外温度图表明，开始加热时路面温度比较均匀，仅在流体进出口位置处出现高温；加热4h后，热管埋设区域是整个路面的高温中心，温度比较均匀，最高温度达6.45℃，逐渐向埋设区域边缘降低，两组热管中间位置处为低温中心，最低温度-0.67℃，验证了环路热管具有较好的传热效果，但在水平方向影响范围有限。可见试验装置可以模拟现场路面融化化冰过程，为融雪系统设计提供数据支撑。

实施例2

本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：本实施例中，步骤A中的融雪化冰系统设置有多个，且每个融雪化冰系统设置的结构和/或参数不同，步骤C中分别对每个融雪化冰系统的融雪情况进行数据采集。

实施例3

本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：本实施例中，箱体1外设置有天气检测机构，所述天气检测机构与控制器7通信连接，所述天气检测机构为气象站4，所述气象站4用于检测当地气象信息，所述空气热源泵9的回液侧的管路上设置有第三温度检测传感器，所述第三温度检测传感器与控制器7电连接。

系统启动：

通过气象站4获取未来气象状态，当未来一定时间内路面温度低于0℃或者将出现降雪时，预先启动融雪化冰系统（即气象站获取的数据为：-5℃≤气温<0℃或降雪等级为小雪时，在该天气到来之前提前3小时启动融雪化冰系统，该情况下的融雪化冰系统控制运行逻辑图如图7所示；-10℃≤气温<-5℃或降雪等级为中雪，在该天气到来之前提前4小时启动融雪化冰系统，该情况下的融雪化冰系统控制运行逻辑图如图8所示；气温<-10℃或降雪等级为大雪以上，在该天气到来之前6小时启动融雪化冰系统，该情况下的融雪化冰系统控制运行逻辑图如图9所示），到达融雪化冰系统时间后自动发出启动指令，启动低温空气源热泵机组，并在到达相应的天气情况发生时间时启动相应数量的电动阀门和泵体，使与相应电动阀门和泵体连接的喷嘴喷水或喷雾，同时通过压缩机12和冷凝器10配合，使箱体1内达到相应的温度，通过第一温度检测传感器11实时检测箱体1内的温度，监测箱体1内是否达到所需的温度，使其模拟实际天气情况。

开启融雪化冰系统的顺序为先通过热泵机组控制器发出启动信号，依次打开设置在路面各处的各组热泵机组，收到所有热泵机组启动的反馈后，热泵系统视为正常运行。

机组运行：

启动融雪化冰系统后机组开始满负荷运行，运行过程中，系统自动对各组热泵运行状态进行检查，通过第三温度检测传感器检测空气热源泵9回液侧的温度，当空气热源泵9侧回液温度（T0）在设定低限温度（T3，此温度可自行设定）和高限温度（T4，此温度可自行设定）之间时，说明该组热泵运行正常，该组热泵持续满负荷工作，自动融雪化冰。当某组空气热源泵9回液温度（T0）超过高限温度（T4）（T4，此温度可自行设定）或低于低限温度（T3，此温度可自行设定）后，说明该组热泵运行异常，该组热泵机组自动关闭，直至回液温度（T0）将至高限温度（T4）以下或回液温度（T0）将至低限温度（T3）时，该组热泵重新启动，并以满负荷运行。

运行过程中，系统根据埋设在路面内的第二温度检测传感器14和摄像头6判断路面加热状态，当某组机组控制的路面温度高于设定高温阈值时（高温阈值T5，此温度可自行设定，当天气预报为-5℃≤气温<0℃或降雪等级为小雪，高温阈值为1℃，该情况下；-10℃≤气温<-5℃或降雪等级为中雪，高温阈值为2℃；气温<-10℃或降雪等级为大雪以上，高温阈值为3℃），关闭该组空气源热泵。当某组机组控制的路面温度低于设定低温阈值（T6，此温度可自行设定，当天气预报为-5℃≤气温<0℃或降雪等级为小雪，低温阈值为0.5℃；-10℃≤气温<-5℃或降雪等级为中雪，低温阈值为1℃；气温<-10℃或降雪等级为大雪以上，低温阈值为1.5℃），重新启动该组热泵，即系统进入间歇式加热模式。

系统关闭：

当各个组机组控制的路面温度均高于设定高温阈值，且系统根据天气预报情况判断未来12h内无降雪，且路面温度高于0℃时，自动发出关机指令，关闭所有低温空气源热泵机组及天气模拟机构。

关闭融雪化冰系统顺序为先通过热泵机组控制器发出关闭信号，依次关闭各组热泵机组，待系统收到所有机组停止的反馈指令并延时一段时间（可自行设定）后，系统视为正常关闭。

以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种道路融雪化冰系统性能测试方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤A：在测试空间内按照实际路面铺设道路(15)，并在道路(15)内铺设融雪化冰系统；

步骤B：在测试空间内模拟所需的天气情况；

步骤C：启动融雪化冰系统，对道路(15)路面的融雪化冰情况进行数据采集；

步骤D：根据采集的融雪数据评价融雪化冰系统的融雪效果，用以确定融冰雪系统在实际路面的铺设参数。

2.根据权利要求1所述的一种道路融雪化冰系统性能测试方法，其特征在于：步骤A中的融雪化冰系统设置有多个，且每个融雪化冰系统设置的结构和/或参数不同，步骤C中分别对每个融雪化冰系统的融雪情况进行数据采集。

3.根据权利要求1或2所述的一种道路融雪化冰系统性能测试方法，其特征在于：步骤B中还包括对当地的天气情况进行监测，当监测到当地的天气情况可能会导致路面发生冰雪堆积时，在测试空间内预先启动融雪化冰系统，然后在相应的时间模拟当地实际天气情况，并在开启融雪化冰系统后根据步骤C采集的路面融雪化冰情况数据自动将融雪化冰系统在满负荷加热模式和间歇式加热模式中切换。

4.根据权利要求3所述的一种道路融雪化冰系统性能测试方法，其特征在于：所述融雪化冰系统为以空气热源泵(9)为热源的水平环路热管，当融雪化冰系统启动后先根据空气热源泵(9)回液侧的温度判断融雪化冰系统是否正常运行，若判断为运行异常则关闭融雪化冰系统。

5.根据权利要求1或2所述的一种道路融雪化冰系统性能测试方法，其特征在于：步骤A中所述道路(15)的结构为桥面结构或路基路面结构。

6.一种如权利要求1-5任一项所述的道路融雪化冰系统性能测试装置，其特征在于：包括箱体(1)，所述箱体(1)的内底部铺设有道路(15)，所述道路(15)内设置有融雪化冰系统，所述箱体(1)内设置有天气模拟机构和数据采集机构，所述天气模拟机构包括设置在箱体(1)顶部的若干喷嘴(2)，所述喷嘴(2)连接有水箱(13)，所述数据采集机构包括沿道路(15)路面设置有融雪化冰系统处设置的若干第二温度检测传感器(14)和设置在箱体(1)顶部的摄像头(6)，部分所述第二温度检测传感器(14)沿道路(15)表层均匀排布，另一部分第二温度检测传感器(14)逐层埋设在路面内部，所述融雪化冰系统、数据采集机构以及天气模拟机构均电连接有控制器(7)。

7.根据权利要求6所述的一种道路融雪化冰系统性能测试装置，其特征在于：所述喷嘴(2)与水箱(13)之间设置有电动阀门和泵体，所述电动阀门和泵体与控制器(7)电连接，所述天气模拟机构还包括设置在箱体(1)上的冷凝器(10)和第一温度检测传感器(11)，所述冷凝器(10)连接有压缩机(12)，所述第一温度检测传感器(11)、压缩机(12)和冷凝器(10)均与控制器(7)电连接，所述控制器(7)电连接有控制终端(16)。

8.根据权利要求6所述的一种道路融雪化冰系统性能测试装置，其特征在于：所述第二温度检测传感器(14)和摄像头(6)均与控制器(7)电连接，所述控制器(7)还电连接有设置在箱体(1)上的风机(8)和湿度检测机构。

9.根据权利要求6所述的一种道路融雪化冰系统性能测试方法及性能测试装置，其特征在于：所述箱体(1)外设置有天气检测机构，所述天气检测机构与控制器(7)通信连接。

10.根据权利要求6所述的一种道路融雪化冰系统性能测试装置，其特征在于：所述融雪化冰系统包括设置在道路(15)内的以空气热源泵(9)为热源的水平环路热管，所述空气热源泵(9)的回液侧的管路上设置有第三温度检测传感器，所述第三温度检测传感器与控制器(7)电连接。