寒区路基直膨式热泵制热性能与防冻胀效果研究

针对季节性冻土区路基冻害问题,提出引入人工供热技术,构建新型主动供热式路基.在对比各类热源技术特征与资源条件的基础上,设计与制作一款路基专用地源热泵型供热装置.装置采用直接膨胀式换热形式,换热器为小直径螺旋盘管,便于机械化钻孔布设与"孤岛"运行,通过模型试验研究其制热性能及能效性影响规律.结果 表明,季节性冻土区的地热能利用具有良好的技术性和资源性条件,装置在冬季的供热温度可达50℃以上,吸热温度可达-10℃以下.土体热扩散率与升温幅度随着与热泵距离的增大而减小,日均有效制热系数(COP)先增大、后减小,最大COP可达4.16.热泵制热性能受到供热段土体温度的显著影响,环境温度对其影响不显著,供热性能稳定.面向单线铁路路基快速解冻抢险时,建议热泵布置间距取1.5m～3.0m,供热容量宜设计为0.6 kW～1.8 kW,长期运行时应合理控制启停时间比例与供热温度水平.