本發(fā)明涉及交通與能源融合領(lǐng)域，更具體地涉及路橋用儲(chǔ)能除冰系統(tǒng)及其安裝方法。

背景技術(shù)：

1、冬季橋面、路面積雪結(jié)冰容易導(dǎo)致交通事故。為了維持正常的交通秩序，需及時(shí)有效地清除冰雪。

2、目前常用方法主要分為被動(dòng)融雪除冰技術(shù)和主動(dòng)融雪技術(shù)兩大類，其中被動(dòng)式融雪除冰技術(shù)主要有人工清除法、機(jī)械清除法和化學(xué)融雪法，這些方法已被廣泛應(yīng)用在我國(guó)道路融雪除冰工程中，但存在諸如破壞路(橋)面以及不夠低碳環(huán)保、成本過(guò)高、使用條件限制等問(wèn)題。而基于地?zé)峁芊ㄟM(jìn)行路面防結(jié)冰的技術(shù)，具有低碳、綠色、安全、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)勢(shì)。地?zé)峁芊ㄊ菍⒌叵聨r土體或者水體的熱能提取出來(lái),用以實(shí)現(xiàn)路面防結(jié)冰，但是也存在一些問(wèn)題和挑戰(zhàn)：

3、1.初始投資高：與傳統(tǒng)的除冰方法相比，地埋換熱管的安裝成本較高。需要大量的地下工程，包括挖掘、安裝管道和恢復(fù)路面。

4、2.效率問(wèn)題：在某些氣候條件下，地埋換熱管的除冰效果可能不如預(yù)期。例如，在連續(xù)的低溫和大雪天氣中，地下的溫度可能不足以快速融化積雪。

5、3.能源消耗：如果地埋換熱管系統(tǒng)需要額外的能源來(lái)提高效率，那么這種技術(shù)的能源消耗和碳排放可能會(huì)增加。

6、通過(guò)把地?zé)峁苋谌霕蛄旱臉痘到y(tǒng)中，可以節(jié)省安裝傳統(tǒng)地源熱泵系統(tǒng)所需的額外挖掘和土地使用成本，達(dá)到顯著降低初期投資的目的。但是這種方法仍然不足以解決效率問(wèn)題和能耗問(wèn)題。特別是，當(dāng)采用額外的非綠色電能對(duì)路面加熱時(shí)，將進(jìn)一步增加碳排放和運(yùn)營(yíng)成本。

7、因此，本領(lǐng)域尚缺乏一種節(jié)能環(huán)保且經(jīng)濟(jì)的除冰系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種路橋用儲(chǔ)能除冰系統(tǒng)及其安裝方法，本發(fā)明的用于除冰的熱量來(lái)自于地下巖土體的熱量、液流電池充放電反應(yīng)釋放的熱量以及通過(guò)消耗儲(chǔ)能模塊存儲(chǔ)的光伏和風(fēng)電機(jī)組等綠色能源產(chǎn)生的電能而產(chǎn)生的熱能，能實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能和除冰的功能，低碳環(huán)保且節(jié)能效果顯著。

2、在本發(fā)明的第一方面，提供了一種路橋用儲(chǔ)能除冰系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：儲(chǔ)能模塊，所述儲(chǔ)能模塊通過(guò)液流電池進(jìn)行儲(chǔ)能，包括設(shè)置在地下的電解液；以及換熱模塊，所述換熱模塊包括設(shè)置在所述電解液中的地下?lián)Q熱管道，和設(shè)在路橋下的路面換熱部分，其中所述地下?lián)Q熱管道為所述路面換熱部分提供熱量。

3、在另一優(yōu)選例中，通過(guò)所述電解液作為媒介，所述地下?lián)Q熱管道吸收所述液流電池反應(yīng)中產(chǎn)生的熱量以及吸收地下的熱量(例如土壤中的熱量)。

4、在另一優(yōu)選例中，所述電解液設(shè)置在地下基礎(chǔ)中。

5、在另一優(yōu)選例中，所述電解液設(shè)置在地下基礎(chǔ)的空腔中。

6、在另一優(yōu)選例中，所述地下基礎(chǔ)為樁。

7、在另一優(yōu)選例中，所述樁包括正極樁和負(fù)極樁。

8、在另一優(yōu)選例中，所述電解液分為正極電解液和負(fù)極電解液，所述正極電解液容納在正極樁，所述負(fù)極電解液容納在負(fù)極樁中。

9、在另一優(yōu)選例中，所述正極樁和所述負(fù)極樁所在位置距地面的深度為10-150m；優(yōu)選地，20-80m；更佳地，30-60m。

10、在另一優(yōu)選例中，所述正極樁或所述負(fù)極樁的直徑大于600mm；優(yōu)選地，大于800mm；更佳地，大于1000mm；內(nèi)壁具有防腐蝕性，承載力在1200噸以上；優(yōu)選地，1500噸以上；更佳地，1700噸以上。

11、除所述正極樁和所述負(fù)極樁的內(nèi)壁設(shè)置為防腐蝕的外，埋在樁里的換熱管、管道、樁與樁之間的法蘭盤(pán)等也設(shè)置為防腐的，即與電解液接觸的設(shè)備表面均設(shè)置為防腐蝕的，以延長(zhǎng)使用壽命且防止泄露和污染。可以通過(guò)將這些部件和管道用防腐蝕材料(例如，鈦或其合金、聚乙烯(pe)和聚丙烯(pp)、聚偏氟乙烯(pvdf)、乙丙橡膠(epdm)、氟橡膠(如viton)等)制造，和/或?qū)⑴c所述電解液接觸的表面涂覆防腐蝕涂料(例如，環(huán)氧樹(shù)脂、聚氨酯和聚乙烯涂層等)來(lái)實(shí)現(xiàn)防腐蝕的目的。

12、在另一優(yōu)選例中，所述儲(chǔ)能模塊的充放電反應(yīng)為：

13、

14、在另一優(yōu)選例中，所述正極樁內(nèi)的所述正極電解液和所述負(fù)極樁內(nèi)的所述負(fù)極電解液分別通過(guò)電解液輸送單元輸送到電堆中進(jìn)行反應(yīng)。

15、在另一優(yōu)選例中，所述電解液輸送單元通過(guò)電解液輸送管道將一個(gè)或多個(gè)所述正極樁連接起來(lái)接入所述電堆，以及通過(guò)電解液輸送管道將一個(gè)或多個(gè)所述負(fù)極樁連接起來(lái)接入所述電堆，并利用循環(huán)泵使正極電解液在所述正極樁和所述電堆中循環(huán)，以及使負(fù)極電解液在所述負(fù)極樁和所述電堆中循環(huán)，實(shí)現(xiàn)電能的儲(chǔ)存與釋放。

16、在另一優(yōu)選例中，所述電解液輸送單元還包括補(bǔ)回裝置，所述補(bǔ)回裝置用于補(bǔ)給所述電解液或回抽所述電解液。

17、在另一優(yōu)選例中，所述電解液輸送單元還包括補(bǔ)回裝置，所述補(bǔ)回裝置用于在所述電解液由于揮發(fā)等原因而減少，或者需要增加發(fā)電量等情況下而補(bǔ)充補(bǔ)給所述電解液；在所述電解液發(fā)生泄露，所述樁要維修，減少發(fā)電量等情況下回抽所述電解液。

18、在另一優(yōu)選例中，所述補(bǔ)回裝置包括備用罐，所述備用罐用于存儲(chǔ)所述電解液。

19、在另一優(yōu)選例中，所述電解液輸送單元還包括監(jiān)測(cè)裝置，所述監(jiān)測(cè)裝置用于監(jiān)測(cè)所述電解液的流量，優(yōu)選地，在所述電解液的流量變化超過(guò)正常揮發(fā)的閾值(例如正常揮發(fā)的閾值為在1mpa水壓下180小時(shí)漏失率小于0.5％)時(shí)發(fā)出警報(bào)。

20、在另一優(yōu)選例中，所述電堆通過(guò)所述逆變器外接電源側(cè)的電能和用戶側(cè)的負(fù)載。

21、在另一優(yōu)選例中，所述電源側(cè)的電能包括：電網(wǎng)、光伏、風(fēng)電所提供的電能。

22、在另一優(yōu)選例中，所述正極樁或所述負(fù)極樁包括預(yù)制管樁、樁靴、底部密封體和頂部蓋板。

23、在另一優(yōu)選例中，所述預(yù)制管樁包括預(yù)埋在內(nèi)壁中的注漿導(dǎo)管,設(shè)置在底部的出漿口，設(shè)置在側(cè)壁的注漿口，以及將所述注漿導(dǎo)管、所述注漿口和所述出漿口聯(lián)結(jié)的端頭。

24、在另一優(yōu)選例中，所述頂部蓋板具有防腐蝕特性。

25、在另一優(yōu)選例中，所述頂部蓋板預(yù)留有孔，所述電解液輸送管道和傳熱介質(zhì)輸送管可從所述孔中穿過(guò)。

26、在另一優(yōu)選例中，各所述傳熱介質(zhì)輸送管道的主體埋設(shè)在正極樁或負(fù)極樁中，包括：所述傳熱介質(zhì)輸送管道穿過(guò)所述頂部蓋板后，布置于所述預(yù)制管樁內(nèi)部。

27、在另一優(yōu)選例中，所述地下?lián)Q熱管道吸收所述正極樁或所述負(fù)極樁中的熱量(即所述電解液儲(chǔ)存的熱量)。

28、在另一優(yōu)選例中，所述地下?lián)Q熱管道通過(guò)熱交換單元與所述路面換熱部分中的熱量交換。

29、在另一優(yōu)選例中，所述熱交換單元包括壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、冷凝器、膨脹閥和管路系統(tǒng)。

30、在另一優(yōu)選例中，所述換熱模塊還包括電加熱部分，所述電加熱部分是通過(guò)所述液流電池產(chǎn)生的電能或者其他外部電源供給的電能產(chǎn)熱而提供熱量給所述路面換熱部分

31、在另一優(yōu)選例中，所述換熱模塊還包括電加熱部分，所述電加熱部分是通過(guò)所述液流電池產(chǎn)生的電能或者其他外部電源供給的電能加熱電發(fā)熱設(shè)備(例如電阻絲等)而產(chǎn)生熱量。

32、在另一優(yōu)選例中，所述電加熱部分在所述地下?lián)Q熱管道提供的熱量不足以實(shí)施路面除冰，或者路面除冰效率較低時(shí)，提供輔助的熱源。在另一優(yōu)選例中，各地下?lián)Q熱管道的主體埋設(shè)在正極樁或負(fù)極樁中，兩端分別通過(guò)閥門系統(tǒng)匯入熱交換單元的兩側(cè)，并利用所述循環(huán)泵使得傳熱介質(zhì)在所述傳熱介質(zhì)輸送管道中循環(huán)流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)正極樁或負(fù)極樁內(nèi)熱量與熱交換單元中的熱量交換。

33、在另一優(yōu)選例中，所述閥門系統(tǒng)包括二通閥、三通閥、四通閥等。

34、在另一優(yōu)選例中，傳熱介質(zhì)輸送單元包括所述傳熱介質(zhì)輸送管道和所述循環(huán)泵。

35、在另一優(yōu)選例中，所述路面換熱部分包括鋪設(shè)在路面下的換熱管、與換熱管上表面接觸的導(dǎo)熱層和與換熱管下表面接觸的保溫隔熱層。

36、在另一優(yōu)選例中，所述路面換熱部分還包括溫度-應(yīng)力傳感器。

37、在另一優(yōu)選例中，所述鋪設(shè)在路面下的換熱管中的換熱流體通過(guò)所述熱交換單元進(jìn)行吸熱，并將吸收的熱量釋放至冰凍路面以除冰。

38、在另一優(yōu)選例中，所述鋪設(shè)在路面下的換熱管包括填充在換熱管周邊的定型相變儲(chǔ)熱材料。

39、在另一優(yōu)選例中，所述與換熱管上表面接觸的導(dǎo)熱層的材料包括：含有碳酸鈣的膠凝材料，或通過(guò)微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉淀形成的固化體。

40、在另一優(yōu)選例中，所述與換熱管下表面接觸的保溫隔熱層的材料包括：含有硅、鋁的固體廢棄物在激發(fā)條件下獲得的膠凝材料。

41、在另一優(yōu)選例中，所述電解液輸送單元包括設(shè)在所述電解液輸送管道上的輔助換熱裝置，所述輔助換熱裝置可把所述電堆中的熱量通過(guò)所述輔助換熱裝置與用戶側(cè)的熱量進(jìn)行交換。

42、在另一優(yōu)選例中，所述系統(tǒng)包括綜合管控單元，所述綜合管控單元既控制電堆的充放電，又控制所述正極樁或所述負(fù)極樁中的熱量與路面換熱部分中的熱量交換。

43、在另一優(yōu)選例中，所述綜合管控單元包括控制面板、傳感器、控制器和儀表。

44、在另一優(yōu)選例中，所述綜合管控單元可以根據(jù)長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)，智能控制充放電和除冰功能。

45、在本發(fā)明的第二方面提供了一種如上所述的路橋用儲(chǔ)能除冰系統(tǒng)的安裝方法，所述方法包括以下步驟：

46、(1)地下安裝所述正極樁和所述負(fù)極樁，其中所述正極樁和所述負(fù)極樁未封頂；

47、(2)在所述正極樁和所述負(fù)極樁內(nèi)布置所述地下?lián)Q熱管道；

48、(3)在所述正極樁和所述負(fù)極樁內(nèi)注入所述電解液；

49、(4)將所述正極樁和所述負(fù)極樁封頂；以及

50、(5)鋪設(shè)所述路面換熱部分。

51、在另一優(yōu)選例中，更具體地，所述方法包括以下步驟：

52、s1.預(yù)制管樁的制造；

53、s2.下部基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)施工：

54、s2.1.鉆孔-沉樁；

55、s2.2.接樁；

56、s2.3.重復(fù)s2.1和s2.2直至樁長(zhǎng)達(dá)到設(shè)計(jì)長(zhǎng)度或樁端有效嵌入設(shè)計(jì)地層；

57、s2.4.清淤封底；

58、s2.5.重復(fù)s2.1至s2.4直至完成所有樁基施工；

59、s2.6.密封性測(cè)試和樁體檢測(cè)；

60、s2.7.樁內(nèi)布置所述地下?lián)Q熱管道；

61、s2.8.樁內(nèi)注入所述電解液；

62、s2.9.安裝頂部蓋板；

63、s3.樁基上部結(jié)構(gòu)施工；

64、s4.路面換熱部分施工；

65、s5.安裝電解液輸送單元、電堆、逆變器；

66、s13.將各設(shè)備接入綜合管控單元；

67、s14.調(diào)試；

68、s15.運(yùn)行。

69、在另一優(yōu)選例中，所述s1.預(yù)制管樁的制造，包括：在工廠預(yù)制管樁的同時(shí)，將注漿管預(yù)埋在管樁的管壁中；管樁的內(nèi)壁進(jìn)行防腐處置。

70、在另一優(yōu)選例中，所述注漿管，包括內(nèi)徑20mm、壁厚4mm的鋁塑管。

71、在另一優(yōu)選例中，所述s2.1.鉆孔-沉樁，包括：將可擴(kuò)大-可收縮的鉆頭與長(zhǎng)螺旋鉆桿連接后通過(guò)大直徑管樁的內(nèi)腔進(jìn)入待沉樁地層；驅(qū)動(dòng)鉆桿進(jìn)行鉆孔，在土壓力的作用下鉆頭擴(kuò)大造成鉆孔成孔孔徑大于管樁外徑，保證管樁在零沉樁阻力或較小沉樁阻力的作用下跟隨鉆頭同步下沉；鉆孔產(chǎn)生的殘?jiān)镣ㄟ^(guò)管樁內(nèi)腔的長(zhǎng)螺旋鉆桿上的螺旋葉片帶出至地面。

72、在另一優(yōu)選例中，所述s2.2.接樁，包括：上下兩節(jié)管樁之間通過(guò)焊接的方式連接，并進(jìn)行密閉性處理；上下兩節(jié)管樁之間的注漿管通過(guò)高強(qiáng)度鋁塑管進(jìn)行連通。

73、在另一優(yōu)選例中，所述s2.4.清淤封底,包括：通清理孔底渣土后，通過(guò)管腔向孔底灌注混凝土，并對(duì)孔底混凝土進(jìn)行防腐處置。

74、在另一優(yōu)選例中，所述s2.7.樁內(nèi)布置傳熱介質(zhì)輸送管道，包括：樁內(nèi)分段設(shè)置內(nèi)支撐，并將所述傳熱介質(zhì)輸送管道與內(nèi)支撐綁扎，用于固定所述傳熱介質(zhì)輸送管道并減輕其懸掛重力。

75、在另一優(yōu)選例中，所述s1.預(yù)制管樁的制造和所述s2.7.樁內(nèi)布置傳熱介質(zhì)輸送管道，包括：在工廠預(yù)制管樁的同時(shí)，將傳熱介質(zhì)輸送管道預(yù)埋在管樁的管壁中。

76、在另一優(yōu)選例中，所述s2.3.重復(fù)s2.1和s2.2直至樁長(zhǎng)達(dá)到設(shè)計(jì)長(zhǎng)度或樁端有效嵌入設(shè)計(jì)地層之后，進(jìn)一步包括：通過(guò)預(yù)埋在管樁管壁中的注漿管進(jìn)行樁側(cè)注漿。

77、在另一優(yōu)選例中，所述s4.路面換熱部分施工，包括：先鋪設(shè)保溫層，再安裝換熱管，最后鋪設(shè)導(dǎo)熱材料。

78、在另一優(yōu)選例中，所述s11.安裝電解液輸送單元、電堆、逆變器，包括：將各正極樁用電解液輸送管道連接起來(lái)，并通過(guò)循環(huán)泵接入電堆的正極；將各負(fù)極樁用電解液輸送管道連接起來(lái)，并通過(guò)循環(huán)泵接入電堆的負(fù)極；將電堆與逆變器連接；將逆變器與電源和負(fù)載連接。

79、一種大直徑非擠土高承載力低碳能源樁包括：管樁、樁靴、底部密封體、蓋板、端頭板、注漿導(dǎo)管、出漿口、導(dǎo)熱增強(qiáng)型注漿體、傳熱介質(zhì)輸送管道、循環(huán)泵和熱交換單元；其中：

80、所述管樁包括一個(gè)或多個(gè)，多個(gè)所述管樁之間首尾連接?？蛇x地，所述管樁由固廢材料作為主要材料制作而成，直徑為600-2000mm。可選地，多個(gè)所述管樁之間通過(guò)端頭板焊接連接。

81、所述注漿導(dǎo)管被配置在所述管樁的側(cè)壁中并且所述管樁底部配合所述注漿導(dǎo)管配置有出漿口；可選地，所述傳熱介質(zhì)輸送管道的主體部分可以布置在所述管樁的內(nèi)腔中，也可預(yù)埋在其側(cè)壁中，還可以沿著其外側(cè)的管壁布置；

82、所述樁靴被配置在最底部一節(jié)的所述管樁的底端。可選地，所述樁靴還包括：樁尖主體，所述樁尖主體的一端設(shè)有多個(gè)破碎尖端，另一端設(shè)有樁頭端板，所述破碎尖端包括相互連接的第一尖角和第二尖角，所述第一尖角和第二尖角分別設(shè)置在樁尖主體和縱向肋板的端部，所述縱向肋板設(shè)置在樁尖主體的外側(cè)，且其另一端與樁頭端板之間間隔分布有多個(gè)切削扇環(huán)鋼片。

83、所述蓋板被配置在最頂部一節(jié)的所述管樁的頂端，并且所述蓋板上設(shè)置有孔洞，所述注漿導(dǎo)管從所述孔洞中穿過(guò)?？蛇x地，所述注漿導(dǎo)管為內(nèi)徑15-25mm、壁厚2-8mm的管，其材料包括：鋁塑管。

84、所述傳熱介質(zhì)輸送管道的兩端通過(guò)所述循環(huán)泵分別熱交換單元的兩側(cè)連接。

85、可選地，所述傳熱介質(zhì)輸送管道的主體部分可以布置在所述管樁的內(nèi)腔中并通過(guò)接頭固定。

86、一種大直徑非擠土高承載力低碳能源樁的安裝方法看，所述方法包括以下步驟：

87、s1.鉆孔-沉樁；

88、s2.接樁；

89、s3.重復(fù)s2和s3直至樁長(zhǎng)達(dá)到設(shè)計(jì)長(zhǎng)度或樁端有效嵌入設(shè)計(jì)地層；

90、s4.通過(guò)預(yù)埋在管樁管壁中的注漿管進(jìn)行樁側(cè)注漿；

91、s5.在清理孔底渣土后，通過(guò)管腔向孔底灌注混凝土，形成底部密封體從而完成施工；

92、s6.樁體檢測(cè)；

93、s7.將傳熱介質(zhì)輸送管道與循環(huán)泵和閥門系統(tǒng)連接后，接入到熱交換單元；

94、s8.安裝蓋板。

95、可選地，所述步驟s7和s9之間進(jìn)一步包括：向大直徑高承載力低碳管樁的腔體內(nèi)注入蓄熱液,并在蓋板上預(yù)留一個(gè)可以添加蓄熱液的管孔，在腔體內(nèi)預(yù)留監(jiān)測(cè)設(shè)備。當(dāng)蓄熱液下降時(shí)可通過(guò)預(yù)留的管孔補(bǔ)充蓄熱液，方便后期維護(hù)。

96、可選地，所述步驟s2進(jìn)一步包括：將可擴(kuò)大-可收縮的鉆頭與長(zhǎng)螺旋鉆桿連接后通過(guò)大直徑管樁的內(nèi)腔進(jìn)入待沉樁地層；驅(qū)動(dòng)鉆桿進(jìn)行鉆孔，在土壓力的作用下鉆頭擴(kuò)大造成鉆孔成孔孔徑大于管樁外徑，保證管樁在零沉樁阻力或較小沉樁阻力的作用下跟隨鉆頭同步下沉；鉆孔產(chǎn)生的殘?jiān)镣ㄟ^(guò)管樁內(nèi)腔的長(zhǎng)螺旋鉆桿上的螺旋葉片帶出至地面。

97、可選地，所述步驟s3進(jìn)一步包括：上、下兩節(jié)管樁之間通過(guò)焊接的方式連接，并進(jìn)行密閉性處理；上、下兩節(jié)管樁之間的注漿導(dǎo)管通過(guò)高強(qiáng)度鋁塑管進(jìn)行連通。

98、可選地，所述步驟s9包括：把所述蓋板置于管樁頂部，將其與管樁接觸部位密封；把樁內(nèi)已布置過(guò)的管道穿過(guò)蓋板的預(yù)留孔，并對(duì)所述預(yù)留孔進(jìn)行密封。

99、一種高性能混凝土制備方法，所述高性能混凝土由固廢材料作為主要材料制作而成，包括：把含有活性硅、鋁質(zhì)的工業(yè)材料，先經(jīng)過(guò)堿激發(fā)法、熱激活法、機(jī)械激活法、微生物激活法、電化學(xué)激活法和濕熱處理法中的一種或幾種處置方法，制備成高性能膠凝材，再基于該膠凝材料配置成高性能混凝土。

100、可選地，所述方法進(jìn)一步包括：在高性能膠凝材料中添加微膠囊材料，所述微膠囊材料是先將相變材料與乳化劑混合形成微乳液，再將微乳液與產(chǎn)脲酶的微生物菌液、含鈣源和尿素的混合溶液混合制備而成。

101、應(yīng)理解，在本發(fā)明范圍內(nèi)中，本發(fā)明的上述各技術(shù)特征和在下文(如實(shí)施例)中具體描述的各技術(shù)特征之間都可以互相組合，從而構(gòu)成新的或優(yōu)選的技術(shù)方案。限于篇幅，在此不再一一累述。