تحلیل عملکرد سیستم گرمایش هیدرونیک در مقابله با یخبندان به عنوان راهکاری پایدار برای زیرساخت های شهری در اقلیم سرد: مطالعه موردی پل B۹ تهران

هدف: در مناطق سردسیر، یخبندان و بارش برف از مهمترین عوامل اختلال در عملکرد زیرساخت های شهری و سامانه های حمل ونقل به شمار می آیند و می توانند ایمنی ترافیکی و بهره برداری پایدار از شبکه معابر را به طور جدی تحت تاثیر قرار دهند. در ایران، مقابله با این پدیده ها عمدتا بر روش های سنتی نظیر شن پاشی و محلول پاشی شیمیایی استوار است که علاوه بر هزینه های اجرایی و نگهداری بالا، پیامدهای محیط زیستی نامطلوبی نیز به همراه دارند. در این راستا، پژوهش حاضر با هدف تحلیل عددی عملکرد حرارتی یک سامانه گرمایش هیدرونیک برای ذوب برف در پل B۹ واقع در بزرگراه ارتش تهران انجام شده است. این پل در وضعیت فعلی به سامانه پاشش شیمیایی ضدیخ مجهز است و هدف اصلی مطالعه، بررسی امکان سنجی جایگزینی سیستم موجود با فناوری گرمایش سطحی هیدرونیک، با تمرکز بر افزایش بهره وری انرژی، ارتقای پایداری زیرساخت ها و کاهش اثرات محیط زیستی در شرایط اقلیمی سرد می باشد. روش پژوهش: در این تحقیق، شبیه سازی حرارتی گذرا با استفاده از نرم افزار COMSOL Multiphysics برای مدل سازی فرایند انتقال حرارت در یک سامانه فرضی گرمایش هیدرونیک انجام شده است. این سامانه شامل لوله هایی است که در زیر سطح روسازی پل تعبیه شده اند و آب با بازیه دمای ۴۰ الی ۴۳ درجه سانتی گراد در آنها جریان دارد. مدل عددی، انتقال حرارت در لایه های مختلف روسازی از جمله آسفالت و لایه های عایق را به همراه رفتار دینامیکی جریان سیال در لوله ها در نظر می گیرد. شبیه سازی ها برای دو سناریوی آب وهوایی با دماهای محیطی ۵- و ۱۰- درجه سانتی گراد انجام شده و در سناریوی دوم، بارش برف با شدت ۳۰ میلی متر در ساعت نیز لحاظ شده است تا عملکرد سیستم در شرایط بحرانی ارزیابی شود. یافته ها: نتایج شبیه سازی نشان داد که سامانه گرمایش هیدرونیک قادر است در دمای محیطی ۱۰- درجه سانتی گراد، دمای سطح آسفالت را در کمتر از ۲۰ دقیقه به بالاتر از نقطه انجماد برساند. این ویژگی امکان ذوب موثر برف با شدت ۳۰ میلی متر در ساعت و جلوگیری از یخ زدگی سطح پل را فراهم می کند. میزان انرژی مورد نیاز برای یک ساعت عملکرد کامل سیستم حدود ۸۵۱ کیلووات ساعت برآورد شد. همچنین بررسی ها نشان داد که با نصب ۲۰۰ پنل خورشیدی ثابت با ظرفیت ۷۰۰ وات، امکان تامین حدود ۳۴۰ ساعت عملکرد سالانه سیستم وجود دارد که بیانگر پتانسیل بالای استفاده از انرژی خورشیدی به عنوان منبعی پایدار برای پشتیبانی از این فناوری است. نتیجه گیری: بر اساس نتایج این پژوهش، اجرای سامانه های گرمایش هیدرونیک در پل ها و زیرساخت های شهری مناطق سردسیر می تواند راهکاری موثر و پایدار برای جلوگیری از یخ زدگی سطحی باشد. این سیستم در مقایسه با روش های سنتی ضدیخ، پایداری عملیاتی بالاتر، وابستگی کمتر به مواد شیمیایی و ایمنی عمومی بیشتری فراهم می کند. علاوه بر این، امکان تلفیق آن با منابع انرژی تجدیدپذیر، نقش مهمی در کاهش اثرات محیط زیستی و تحقق اهداف توسعه پایدار زیرساخت های شهری ایفا می نماید.

کلیدواژه ها:

انرژی خورشیدی ، توسعه پایدار ، سوانح طبیعی ، سیستم گرمایش هیدرونیک ، مسیر ضدیخبندان