沥青路面太阳能集热性能研究

发布时间：2020-06-06 07:41

【摘要】： 地球上化石能源的储量是有限的,而人类发展对能源的需求是无限的。探索可再生能源的利用方法和提高现有能源的利用效率,是解决人类发展过程中能源和环境两个根本问题的主要途径。由于黑色沥青路面具有很强的吸收太阳能的能力,利用沥青路面吸收太阳能成为了一项新型的能源利用技术。将沥青路面收集的太阳能利用起来,不仅能用于路面的融雪化冰,还能给建筑物供暖制冷,从而减少传统能源在建筑能耗中的使用,大大缓解我国能源紧张并减少CO2等废气的排放。基于以上优点,该技术能提供多少能量以及如何提高该系统的集热效率是首要关注的问题。沥青混合料作为一种温敏性材料,路面材料和集热过程对路面温度场的影响也需要考虑。本文首先基于传热学和气象学的基本原理,分析路面太阳能集热原理及热工过程,解析影响沥青路面集热的路面材料及结构特性和环境气候条件等基本概念,界定影响沥青混凝土太阳能集热性能的关键参数。第二,基于前人的研究成果,对集热用沥青混合料组成进行设计,复合导热相填料制备导热沥青混凝土；通过浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验评价沥青混合料水稳定性；通过高温车辙试验评价沥青混合料抗车辙变形的高温稳定性;通过瞬态平板热源法,测量沥青混凝土的热学参数。结果表明所制备的导电沥青混凝土水稳定性、高温稳定性等均满足规范的要求,导热系数提高了28.9%。第三,参考相关国标并结合沥青混凝土制备和成型的实际情况对沥青路面进行太阳能集热技术的室内试验装置进行设计,包括试验数据采集处理系统、温度流量测控系统、辐照度测量控制系统三大部分；通过集热试验验证了试验装置和方法能模拟实际集热条件,同时可进行沥青混凝土试块进行温度场测试；测试结果的精度满足室内可控条件下对沥青混凝土太阳能集热性能评价的要求。第四,根据沥青路面所处的实际气候条件,借助实验装置模拟气候条件在室内对路面温度场进行测量；获得沥青路面温度的变化过程、温度的垂直分布、温度变化速率以及温度梯度等结果,分析结果表明导热沥青混凝土对路面温度场有很大影响,路面埋管的最佳深度为2.5cm～5cm。第五,在制备的沥青混凝土集热器中通入循环水,测量集热器内部温度的变化过程；评价不同流量对降低路面温度的效果以及路面初始温度对路面升温过程的影响。结果表明了沥青混凝土路面太阳能集热技术可以较大幅度地降低路面温度；随着流量的提高,路面表面温度呈线性关系降低,出口水温下降而单位面积集热量逐渐增加,并由此可计算出通入循环水的时间为路面埋管深度处的底部温度达到特定换热工质和流量所需平衡温度时。
【图文】：

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图1一l沥青路面太阳能集热技术原理示意图【’011.路面2.储热器3.土壤源热泵4.用户热交换器5、6、8、9.管道7.国内外研究现状太阳能的利用人类利用太阳能的历史悠久，许多国外文献大都把人类利用太阳能的推的是希腊著名科学家阿基米德利用盾牌反光器反抗古罗马帝国木质攻。但中国的祖先早在公元一前n世纪就利用铜制凹面镜汇聚阳光取火，有3000多年的历史。将太阳能作为一种能源和动力加以利用，只有3历史I’】。近代太阳能利用历史可以从16巧年法国工程师所罗门·德·考克一台利用太阳能驱动用来抽水的机器算起。在16巧年一1900年之间，，研制成多台太阳能动力装置和一些其它太阳能装置。这些动力装置几

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面的能量等于同一时段内由介质带走的能量加上路面及换热装置对周围环境散失的能量。路面集热的能量传输项包含了路表面的辐射换热、路表面的对流换热、路面的导热及换热管道内的对流换热。沥青路面收集太阳能的原理见图2一2。路表面的能量平衡关系:Qs=QraJ十Qcon汀+Q，，con，(2一10)式中，Qs一路面热力学能的增加:QraJ一辐射换热净流入热量;Qcon汀一路表面的导热量;g，con，一路表面与大气环境的对流换热量g，aJ也可以称为外界投射辐射与有效辐射之差，有效辐射是物体本身辐射和反射辐射之和
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：U416.217;TK512

【引证文献】