基于压缩式制冷技术的多年冻土保护方法研究

冻土退化及路基融沉病害是中国多年冻土区交通工程面临的关键障碍。基于制冷技术,提出一种更具实时性和有效性的多年冻土保护方法。通过多年冻土制冷需求分析、制冷方法对比、驱动源供应方法分析,提出太阳能光伏驱动压缩式制冷的节能方案。设计一款路基专用的一体化制冷系统,并从资源性、技术性、经济性等角度论证其实用性。研究结果表明:压缩式制冷系统的输出性能与结构形式可以有效应对多年冻土退化的大深度分布特征和冷负荷要求。青藏高原等多年冻土区的太阳辐照量充足,基于光伏发电技术可以解决路基沿线制冷驱动力的分散供应难题,太阳能制冷具有地域、季节匹配性好的优势。制冷组件包括压缩机、蒸发器、冷凝器和节流器等,其中功能部件蒸发器的结构形式为立式柱状螺旋形盘管。制冷系统可以预设不同的制冷温度和启停间隔,技术性和经济性条件良好。试验结果表明:装置在正温环境下的制冷温度约为-14℃,地层冷却半径在3.0 m以上;有效制冷系数随着周围土体温度的减小而逐渐降低,平均值在0.41以上。所提出的太阳能光伏压缩式制冷系统可为多年冻土区路基建设和运营保障提供一种新方法。