基于地源熱泵的季節(jié)性凍土區(qū)擋土墻防凍脹系統(tǒng)研究.pdf

1、已建的季節(jié)性凍土區(qū)擋土構筑物,在凍融循環(huán)作用下,墻后填土易產(chǎn)生凍脹,嚴重時會造成墻體開裂、傾覆等問題,嚴重影響其耐久性,并降低其使用壽命。簡單的、傳統(tǒng)的維修又無法從根本上解決問題,使擋土墻構筑物常年處于“帶病運行”狀態(tài)。因此,開展季節(jié)性凍土區(qū)擋土墻防凍脹技術的研究具有重大的現(xiàn)實意義和工程應用價值。
　　 在綜合考慮我國當前能源、經(jīng)濟、環(huán)境及工程技術的基礎上,本論文提出基于地源熱泵的季節(jié)性凍土區(qū)擋土墻防凍脹系統(tǒng)。該系統(tǒng)將地源熱泵技

2、術與擋土墻防凍脹破壞相結合,利用地源熱泵,將土壤中的低位熱能“提取”出來,經(jīng)熱泵機組提高品位后,輸送至擋土墻填土中以加熱填土,從而達到防止擋土墻發(fā)生凍脹破壞的目的。該方式不僅能解決擋土墻凍脹破壞問題,而且能充分利用可再生能源,以達到節(jié)能的目的。
　　 本論文通過理論分析和數(shù)值計算方法,對不同工況下季節(jié)凍土區(qū)擋土墻填土溫度場分布進行了分析研究,并對地源熱泵的設計、施工及相關注意事項進行了介紹。主要內容如下:
　　 (1)在

3、綜合考慮熱傳導、對流換熱及氣溫等各類邊界條件的基礎上,利用ANSYS有限元軟件,對季節(jié)性凍土區(qū)擋土墻的非穩(wěn)態(tài)溫度場進行了數(shù)值模擬,得到了溫度場分布圖。此外,分析了凍融循環(huán)中墻后填土溫度隨深度的變化規(guī)律,得到了凍結線的最大包絡范圍,為地源熱泵的設計提供了理論依據(jù)。
　　 (2)以保證墻后填土溫度不低于其凍結點為前提,分別對不同工況(不同排管間距、不同加熱流體溫度)下溫度場分布進行了數(shù)值模擬,并在綜合考慮加熱管使用壽命、能耗及極端氣

4、候作用等因素的基礎上,確定了較為合理的加熱管的布置方式及加熱流體的溫度。
　　 (3)根據(jù)擋土墻所需最大熱負荷值,對地下?lián)Q熱器的型式和長度及換熱井的數(shù)量和間距進行了設計,繼而對機房內設備進行了選擇。并對一些重點部位的施工,如回填、熱熔等做了詳細的說明,為地源熱泵工程的施工提供較為完備的參考資料。綜上所述,本文對基于地源熱泵的擋土墻防凍脹系統(tǒng)進行了應用基礎研究,驗證了系統(tǒng)的可行性,并為該系統(tǒng)的更深入研究奠定了基礎。同時,也將地源熱