足球场草坪冬季电热带融雪

2011/1/21 19:07:14

随着我国社会和经济的发展,足球事业也在蓬勃兴起，各种草坪运动场的数量也急剧增加，奥运建设将新增更多的场馆。另一方面，国际大都市北京对四季常绿的高档景观草坪的需求也越来越多。但由于冬季气候寒冷，草坪受低温影响后会失绿枯死。

对草坪生长影响最大的一个因素是土壤温度。冬季对草坪土壤进行加热，使其维持适宜的温度，可延长草坪的使用期限。热量可以由低温热水管或发热电缆提供。与其它使用电能的系统一样，电缆加热有许多优点，诸如清洁性、供给的安全性和连续性、易于控制和应用的通用性。足球场的强力照明系统一般在场地使用时才开启。在不使用时，可将照明系统的电力用于电热系统。

作者采用数值模拟分析和实验研究相结合的方法进行了北京足球场草坪冬季电热融雪保绿研究。

在北京地区最寒冷季节，即2004年11月～2005年3月对采用局部电缆加热系统的草坪土壤温度场进行了实验。整个冬季，草坪保持绿色，局部电缆加热装置增温保绿效果显著。

对电缆加热草坪土壤建立了一个二维瞬态传热有限单元计算的数学模型，通过实验研究为数值计算提供了初始条件和边界条件，进而应用ANSYS软件对草坪土壤温度场进行了数值模拟，模拟值与实测值的对比表明，两者吻合得较好，数学模型得到验证。

最后使用经过验证的数学模型对不同工况的电缆加热草坪土壤温度场进行数值模拟分析，得到北京地区草坪电缆加热系统的优化设计参数。

2.实验研究
2.1实验草坪
实验在北京工业大学校园内进行。该地位于北纬39°48′,东经116°19′,海拔31.3m。冬季室外平均风速3.0m/s，日平均温度≤5℃天数为124天，平均气温-1.3℃，极端最低温度-27.4℃，最大冻土深度85mm[1]。
在北京工业大学建工学院建筑环境与设备工程实验室1#实验楼北侧室外辟出一块2800（L）×1100(W)×500(H)mm草坪，在0.25m深处设置了一个独立的加热电缆环路和一个热电偶测温系统后，敷设了冷季型的草坪草高羊茅。
2.2草坪电缆加热装置
加热电缆由双导线构成，额定电压为220V，功率为10W/m。
按照蛇形管的形式，沿长度方向来回平行敷设电缆。电缆等距敷设，间距0.06m，保证热量分布均匀。草坪单位面积加热功率为166W/m2。
为防止电缆产生的热量从底部和边壁损失，用 5mm厚的聚苯乙烯泡沫板作绝热材料，在土方的边壁和加热电缆的下部设置聚苯乙烯泡沫板。为便于排水，加热电缆下部的聚苯乙烯泡沫板宽度40mm,相邻板的边距为20mm。
在实际工程应用中，电缆加热系统应控制草坪根部密集区(地表～地表下10cm)处的温度，使其处于正常生长所必需的温度范围(10℃左右)。但由于本文主要目的是研究加热电缆对草坪土壤温度场的影响，因此在整个实验测试过程中将电子恒温器的温度传感器紧贴加热电缆表面放置，即局部电缆加热装置的控制(电缆电流的通断)是根据电缆表面的温度来完成的。根据室外气象条件，调整电缆温度设定值，电缆表面温度围绕温度设定值在一定范围内上下波动。在实验过程中，局部电缆加热装置全天在需要时进行加热，即当温度低于设定值范围下限时，电缆通电；当温度高于设定值范围上限时，电缆断电。

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