寒区路基地源热泵冷凝温度与蒸发温度相关性分析

胡田飞 徐丽霞 张宗凯

1 石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室

2 石家庄铁道大学土木工程学院

0 引言

在寒冷与严寒气候区，冬季路基填料内部水分冻结相变会引起冻胀，进而导致上部公路路面破损与铁路轨道结构变形超限[1-2]。填料改良、防排水、保温法能够有效抑制冻结深度，但无法消除负温这一关键致灾因素，路基冻害难以根除。近年来，寒区基础设施主动温控技术逐步发展，针对路面积雪结冰、隧道衬砌挂冰、路基冻胀等现象，先后提出电加热、太阳能、流体热媒管、地源热泵等人工供热方法[3-6]。地源热泵能效性好、自动化程度高且输出稳定，是最为可靠的一种供热方法。

面向路基供热应用时，地热能收集效率、供热温度及供热量是影响热泵节能性和有效性的关键因素，因此热泵型号，换热温度，运行模式的选择与控制非常重要[7]。选型方面，热泵主要包括吸收式热泵和压缩式热泵，受热力循环，工质物性以及压缩机运行限制，各种热泵均有适用的工作范围[8]。吸收式热泵需要高品位热源驱动，对于取热端的要求苛刻[9]。电动热泵压缩机有耐温、耐压限制，冷凝温度达到100°C时，润滑油碳化失效以及工质压力过高会影响压缩机稳定性[10]。路基填料在0°C以上即可消除冻胀，寒区浅层地热能流密度低，应采用压缩式热泵。路基冻胀分散，供热负荷低于建筑空气环境，宜采用直接膨胀式换热形式，以多个热泵单元分散地布置在路基沿线进行分布式供热[11]。……