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    淺談足球場草坪冬季電熱帶融雪電伴熱應用

    在實際工程應用中,電纜加熱系統應控制草坪根部密集區(地表~地表下10cm)處的溫度,使其處于正常生長所必需的溫度范圍(10℃左右)。但由于本文主要目的是研究加熱電纜對草坪土壤溫度場的影響,因此在整個實驗測試過程中將電子恒溫器的溫度傳感器緊貼加熱電纜表面放置,即局部電纜加熱裝置的控制(電纜電流的通斷)是根據電纜表面的溫度來完成的。根據室外氣象條件,調整電纜溫度設定值,電纜表面溫度圍繞溫度設定值在一定范圍內上下波動。在實驗過程中,局部電纜加熱裝置全天在需要時進行加熱,即當溫度低于設定值范圍下限時,電纜通電;當溫度高于設定值范圍上限時,電纜斷電。


        在北京地區最寒冷季節,即2004年11月~2005年3月對采用局部電纜加熱系統的草坪土壤溫度場進行了實驗。整個冬季,草坪保持綠色,局部電纜加熱裝置增溫保綠效果顯著。


        對電纜加熱草坪土壤建立了一個二維瞬態傳熱有限單元計算的數學模型,通過實驗研究為數值計算提供了初始條件和邊界條件,進而應用ANSYS軟件對草坪土壤溫度場進行了數值模擬,模擬值與實測值的對比表明,兩者吻合得較好,數學模型得到驗證。


        最后使用經過驗證的數學模型對不同工況的電纜加熱草坪土壤溫度場進行數值模擬分析,得到北京地區草坪電纜加熱系統的優化設計參數。冬季對草坪土壤進行加熱,使其維持適宜的溫度,可延長草坪的使用期限。熱量可以由低溫熱水管或發熱電纜提供。與其它使用電能的系統一樣,電纜加熱有許多優點,諸如清潔性、供給的安全性和連續性、易于控制和應用的通用性。足球場的強力照明系統一般在場地使用時才開啟。在不使用時,可將照明系統的電力用于電熱系統。



    實驗研究
    實驗草坪
    實驗在北京工業大學校園內進行。該地位于北緯39°48′,東經116°19′,海拔31.3m。冬季室外平均風速3.0m/s,日平均溫度≤5℃天數為124天,平均氣溫-1.3℃,極端最低溫度-27.4℃,最大凍土深度85mm[1]。
    在北京工業大學建工學院建筑環境與設備工程實驗室1#實驗樓北側室外辟出一塊2800(L)×1100(W)×500(H)mm草坪,在0.25m深處設置了一個獨立的加熱電纜環路和一個熱電偶測溫系統后,敷設了冷季型的草坪草高羊茅。
    草坪電纜加熱裝置
    加熱電纜由雙導線構成,額定電壓為220V,功率為10W/m。
    按照蛇形管的形式,沿長度方向來回平行敷設電纜。電纜等距敷設,間距0.06m,保證熱量分布均勻。草坪單位面積加熱功率為166W/m2。
    為防止電纜產生的熱量從底部和邊壁損失,用 5mm厚的聚苯乙烯泡沫板作絕熱材料,在土方的邊壁和加熱電纜的下部設置聚苯乙烯泡沫板。為便于排水,加熱電纜下部的聚苯乙烯泡沫板寬度40mm,相鄰板的邊距為20mm。


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