DB42∕T 1503-2019 道路工程碳纤维电缆加热法融雪化冰技术规程(湖北省).pdf

ICS 93.080.01 P 66 备案号： DB42 湖北省地方标准 DB 42/T 15032019 道路工程碳纤维电缆加热法融雪化冰技术规程 Technical regulation for carbon fiber cable heating method for deicing or snow-melting in road engineering （报批稿） 2019 - 03 - 28 发布 2019 - 05 - 28 实施 湖北省市场监督管理局 发 布 DB42/T 1503-2019 I 目 次 前言 . III 1 范围 . 1 2 规范性引用文件 . 1 3 术语和定义 . 1 4 材料 . 3 5 系统技术要求 . 4 6 系统设计 . 5 7 施工技术控制 . 6 8 交工验收 . 8 9 运行与维护 . 9 附录 A（资料性附录） 发热电缆单位面积铺装功率计算方式 . 11 附录 B（资料性附录） 设计选用参考范围 . 13 DB42/T 1503-2019 DB42/T 1503-2019 III 前 言 本标准按照GB/T 1.1-2009给出的规则起草。 本标准由湖北省交通运输厅提出并归口。 本标准主要起草单位：武汉迈克斯热能技术有限公司、湖北工业大学、湖北省公路学会、湖北省标准化与质量研究院、恩施土家族苗族自治州公路管理局。 本标准参加起草单位： 华中科技大学、 北京市市政工程研究院、 恩施土家族苗族自治州交通运输局、湖北省交通规划设计研究院有限公司、 湖北省城建设计院有限公司、 中国煤炭科工集团武汉设计研究院有限公司、湖北省交通投资集团有限公司、十堰市路纬交通勘察设计有限公司、中铁大桥科学研究院有限公司、中铁第四勘察设计院集团有限公司、湖北公路智能养护科技股份有限公司。 本标准主要起草人：肖衡林、向多书、沈波、白山云、杨运娥、严浩、叶林、罗寿龙、陈军、敖建华、黄大力、侍刚、吴少鹏、秦绍清、李强、常学生、谭显坤、文龙、曹兵、肖本林、吴巍、武明虎、马强、閤海峰、李艳清、骆峻寿、向多锐、田科峰、刘畅、杨剑、杨雪莹、袁乐、张竞。 本标准实施应用中的疑问， 可咨询武汉迈克斯热能技术有限公司， 联系电话： [phone]， 邮箱：；对本标准的有关修改意见建议请反馈至湖北省交通运输厅科技教育处，联系电话：[phone]，邮箱：。DB42/T 1503-2019 1 道路工程碳纤维电缆加热法融雪化冰技术规程 1 范围 本标准规定了道路工程加热法融雪化冰系统的术语和定义、材料、系统技术要求、系统设计、施工技术控制、交工验收及运行与维护。 本标准适用于以碳纤维为加热元件的道路工程融雪化冰系统的设计、 施工、 检测与验收及运行维护。 本标准适用于冰雪路段、特别是高海拔路段道路及其他需要采取融雪化冰措施的道路。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。 凡是注日期的引用文件， 仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T 7251.1 低压成套开关设备和控制设备 第1部分：总则 GB/T 16895.6 低压电气装置 第5-52部分：电气设备的选择和安装 布线系统 GB/T 20841 额定电压300/500V生活设施加热和防结冰用加热电缆 GB/T 26752 聚丙烯腈基碳纤维 GB 50254 电气装置安装工程低压电器施工及验收规范 GB 50303 建筑电气工程施工质量验收规范 GB 50311 综合布线系统工程设计规范 JGJ 18 钢筋焊接及验收规程 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 3.1 加热法 heating method 将电能转换为热能应用于工程的方法。 3.2 碳纤维加热电缆 heating cable 以电能作为热源，利用碳纤维作为电热转换材料进行通电发热，达到发热效果的电缆。主要由碳纤维、绝缘层、护套等部分组成如图 1 所示。 DB42/T 1503-2019 2 说明： 1-碳纤维发热丝；2-内绝缘层；3-外绝缘层；4-不锈钢编织网保护层。 图1 碳纤维加热电缆结构 3.3 绝缘层 insulating course 发热导线之间或者发热导线与接地屏蔽层之间的绝缘材料。 3.4 护套 sheath 金属或非金属的均匀连续的管状或网状包覆层， 包在绝缘层上， 用来保护电缆以防止周围环境的影响（腐蚀、潮湿等）。 3.5 开槽回填 slot backfill 路面开槽，敷设加热电缆后的封闭程序。材料由填缝剂、碎石颗粒、导热材料等组成。 3.6 表面工作温度 operating surface temperature 电缆表面允许的最高连续温度。 3.7 冷线 non heated wire 加热系统中与碳纤维加热电缆区分开的导线。 3.8 加热系统 heating system DB42/T 1503-2019 3 根据数据模型功率设计的满足电缆检测验收标准， 能融化特定气候条件下道路积雪结冰的定制化发热模块群。 3.9 监测系统 monitoring system 对温度、湿度、路面结冰状况和路面图像等环境状况信息进行实时监测、采集的系统。 3.10 控制系统 control system 中央处理器通过传感器采集外界参数， 并根据建立的数学模型预算出所需的电功率及加热时间， 控制发热单元的工作，起到融雪化冰的目的。 4 材料 4.1 碳纤维 碳纤维的理化性能应符合GB/T 26752中5.2的规定。 4.2 碳纤维加热电缆 4.2.1 碳纤维加热电缆应能承受 1250 V，50 Hz，1 min 的电压试验，无闪络或击穿。 4.2.2 碳纤维加热电缆应满足表 1 的要求。 表1 碳纤维加热电缆性能 性能参数 要求 外径名义尺寸 （5.54%)mm 绝缘层壁厚 1.8 mm-2.5 mm 电阻 (标称电阻5%) /m 绝缘电阻 500M 电热转换率 98.2% 线性负荷 15 W/m-35 W/m 泄露电流 0.25 mA 抗张强度 12.5N/mm2 抗折弯次数 20000次 耐温 最高运行温度为90，短时耐受温度为250 4.2.3 加热电缆的其它性能应符合 GB/T 20841 的规定。 4.3 辅助材料 辅助材料应满足下列要求： a) 钢筋或钢筋网中钢筋的直径应不小于 6 mm； b) 卡槽或卡桩的内径应与加热电缆外径一致； c) 填充层材料一般采用树脂类材料，耐温性应大于 100 。 DB42/T 1503-2019 4 5 系统技术要求 5.1 电缆加热系统 电缆加热系统应满足下列要求： a) 额定工作电压为 220/380 V； b) 最高工作电压为 300/500 V； c) 根据设计要求选择全铺式、轨道式或其它方式发热模块。 5.2 监测系统 5.2.1 温度传感器 温度传感器应满足以下条件： a) 温度精度为1； b) 能精确测量路面内部、道路表面以及空气的温度状况； c) 具有开放式的通讯协议，如 RS485，能与其它气象传感器联合组成道路气象监测系统。 5.2.2 湿度传感器 湿度传感器应满足以下条件： a) 能精确测量空气、地面湿度状况； b) 具有开放式的通讯协议，如 RS485，能与其它气象传感器联合组成道路气象监测系统。 5.2.3 雪深传感器 雪深传感器应满足以下要求： a) 能在 6s 内精确测得雪深； b) 测量水平距离范围是 0 m-15 m； c) 测量精度2mm； d) 程控采样时间间隔为600s。 5.2.4 结冰传感器 结冰传感器应满足以下要求： a) 冰层厚度测量量程：0 mm-4.0 mm（0 对应干净路面） ； b) 冰层厚度测量精度：0.5 mm； c) 测量数据刷新时间：不大于 60 s； d) 同时具有检测路面积水功能，水层厚度测量量程：0 mm-5 mm（0 对应干净路面） ； e) 具有开放式的通讯协议，如 RS485，能方便系统的集成，也能与其它气象传感器联合组成道路气象检测系统。 5.3 控制系统 控制系统应满足以下要求： a) 结冰传感器自动检测路面结冰状况，并综合实际图像数据进行分析，判断路面是否结冰。 b) 具有控温功能和限温保护功能，当温度达到设定值时停止加热并保温； c) 具有显示屏，能够实时显示系统运行的工作状态、当前路面结冰状态、温度、湿度状态； d) 具有自动智能化控制功能，道面有积雪时能控制加热系统启动，积雪融化后自动停止加热； e) 外界环境温度超过 10时，控制系统应具有强制切断电源功能，防止非正常状态下烧坏路面； DB42/T 1503-2019 5 f) 控制系统应具有数据存储功能，且断电 72 h 后数据不应丢失，重新充电后显示的数据与断电前保持一致； g) 可实现远程控制。 5.4 电源系统 电源系统应符合GB 7251.1的规定。 6 系统设计 6.1 系统构成 融雪化冰系统主要由电缆加热系统、监测系统、控制系统和电源系统组成。 6.2 主要参数设计 6.2.1 加热电缆功率 加热电缆功率应与系统输出的热量保持恒等，使路表温度保持在2 -3 ，达到最佳实时的融雪效果。因此，发热电缆功率应为： hermsqqAqqq0 . (1) 式中： q0需要的发热量（kJ/m2 h ）； qs雪传导的显热量（kJ/m2 h ）； qm雪的融解潜热（kJ/m2 h ）； qe水蒸汽的蒸发潜热（kJ/m2 h ）； qh对流以及辐射产生的传热量（kJ/m2 h ）； Ar融雪面上没有雪的部分所占比例； 热效率。 6.2.2 加热电缆敷设间距 敷设间距依据敷设功率和每米电缆的功率，因此，敷设间距： 21PPd . (2) 式中： d电缆敷设间距（m）； P1每米电缆的功率(W/m)； P2每平米敷设功率(W/m2)。 6.2.3 加热电缆敷设形态 电缆应用在道路上的构造形式为混凝土内敷设电缆，常见的有直列型、往复型和旋转型三种，如图2所示。已建路面、桥面宜使用直列型敷设形态，新建路面、桥面应根据设计要求选择往复型、旋转型或其它敷设形态。 DB42/T 1503-2019 6 图2 常见电缆敷设形态 7 施工技术控制 7.1 一般规定 7.1.1 根据施工对象，道路工程加热法融雪化冰技术分为以下两类： a) 新建道路； b) 已建道路。 7.1.2 施工安装前所具备条件应符合下列规定： a) 施工组织设计或施工方案应已批准， 采用的技术标准和质量控制措施文件应齐全， 并已完成技术交底； b) 材料进场检验应已合格，并满足安装要求； c) 施工现场应具有供水或供电条件，应有储放材料的临时设施。 7.1.3 施工中用于加热、检测及控制系统的部件的运输、存储应符合下列规定： a) 运输、装卸和搬运时，应小心轻放，不得抛、摔、滚、拖； b) 不得暴晒雨淋，宜储存在温度不超过 40 且通风良好的库房； c) 应避免因环境温度和物理压力受到损害，并应远离热源。 7.1.4 施工时不宜与其他工种交叉施工作业，所有地面留洞应在填充层施工前完成。 7.1.5 施工结束后应绘制竣工图，并应准确标注加热电缆敷设位置及传感器埋设地点。 7.2 施工方案及材料、设备检查 7.2.1 施工单位应编制施工组织设计或施工方案，方案经批准后方可施工。 7.2.2 施工组织设计及施工方案应包括下列内容： a) 工程概况； b) 施工设计图纸和其他技术文件齐全，并经会审或审查； c) 施工方案或施工组织设计已进行技术交底； d) 主要材料、设备的性能指标、规格、型号及保管存放措施； e) 施工工艺流程及施工计划； f) 施工质量控制措施及验收标准，包括加热电缆敷设、温控系统的施工、传感器的敷设、填充层的敷设等； g) 安全、环保、节能措施。 DB42/T 1503-2019 7 7.3 加热电缆敷设 7.3.1 一般要求 加热电缆的敷设应满足下列要求： a) 加热电缆应按照施工图纸标定的电缆间距和走向敷设。 加热电缆应保持平直， 电缆间距的安装误差不应大于 20 mm。敷设前应对照施工图纸核定型号，并应检查外观质量； b) 加热电缆出厂后严禁剪裁和拼接，有外伤和破损的加热电缆严禁敷设； c) 加热电缆施工前，应确认加热电缆冷线预留管、温控器接线盒、温度传感器预留管、配电箱等预留、预埋工作已完毕； d) 加热电缆的热线部分严禁进入冷线预留管； e) 不应在-5 以下的施工环境中安装电缆； f) 加热电缆敷设时禁止相互接触、交叉或重叠，最小间距不得小于 50 mm； g) 施工过程中，加热电缆间有搭接时，严禁电缆通电； h) 加热电缆的弯曲半径不得小于发热电缆直径的 5 倍。 7.3.2 线路连接 检测系统的线路连接应满足下列规定： a) 系统线路的设计应符合 GB 50311 中的规定； b) 加热电缆冷、热线的接头应采用专用设备和工艺连接，且接头应可靠、密封、并保持接地的连续性； c) 发热电缆的冷、热线接头部分应采用接线盒进行封装； 7.3.3 新建道路的敷设 新建道路敷设应满足下列要求： a) 加热电缆应置于混凝土路面面层以下 6 cm-8 cm 为宜； b) 水泥混凝土路面钢筋混凝土路面加热电缆应固定在钢筋骨架上； c) 沥青混凝土路面加热电缆置于下面层的上面。 7.3.4 已建道路的敷设 已建道路的敷设应满足下列要求： a) 在已建路面、桥面上开槽，开槽深度一般宜放置于下面层的顶面，若条件不具备埋深不小于30 mm，宽度为 10 mm； b) 加热电缆敷设时，电缆用线卡和水凝钉固定，并用导热材料填充缝隙； c) 沥青混凝土路面加热电缆敷设完成并封闭后，宜加铺一层 4 cm-5 cm 改性沥青混凝土面层（开槽深度相应减少）。 7.4 监测系统的施工 监测系统的施工应满足下列要求： a) 道路内部温度传感器应置于两根加热电缆中间保持水平， 离加热电缆的距离宜为 20 mm-40 mm； b) 道路表面温度传感器和道路表面湿度传感器应埋设在道路表面的低处， 上表面与路面齐平， 湿度传感器低于路面 1 mm-2 mm； c) 空气温度传感器布置于控制箱外表面并与控制箱组成整体。 7.5 控制系统的施工 DB42/T 1503-2019 8 控制系统的施工应满足下列要求： a) 控制系统的电气施工应符合 GB 50254 和 GB 50303 的规定； b) 控制系统弱电部分布线应符合 GB 50311 的规定； c) 控制箱应防腐、防水、防雾； d) 控制系统安装位置应处于不影响交通安全，且使控制效果最佳、易察、便于操作的地方； e) 桥面控制箱位置与护栏齐平或落地，可视面距护栏外侧 10 cm-15 cm。 7.6 电源系统的施工 电源系统的强电部分布线应符合GB/T 16895.6的规定。 7.7 路面施工 7.7.1 一般规定 路面施工应满足下列规定： a) 混凝土填充层施工，应由有资质的土建施工方承建，融雪化冰系统安装单位密切配合； b) 施工前应检查管线状况，如发生损坏应及时更换，施工过程中应注意保护管线，防止损坏； c) 混凝土填充层完成 48 h 内严禁踩踏、剔凿、重压。 7.7.2 路面层施工条件 填充层施工前应具备下列条件： a) 加热电缆经电阻检测和绝缘性能检测合格； b) 温度传感器的安装、加热电缆冷线穿管已经布置完毕； c) 隐蔽工程通过验收。 7.7.3 已建道路填充条件 已建道路的填充应满足下列条件： a) 已建路面、桥面采用开槽机切槽，锯片厚度宜为 10 mm 左右； b) 开槽位置、线型、开槽半径、深度应符合设计要求； c) 开槽前应划线标识开槽线型，开槽机应慢速前进，防止损坏周边路面、桥面； d) 向槽面中浇注混凝土填充层材料，恢复路面； e) 混凝土填充层材料的强度应不低于原路面强度，并确保粘接密实。 8 交工验收 8.1 敷设安装前 前期检测应满足以下要求： a) 检查加热电缆的外观，加热电缆与连接线不应有从表面可以看到的破损，抽检率 5%； b) 加热电缆安装前，测试发热线缆的电阻和绝缘电阻，不应存在短路、断路现象必要情况下需要做通电测试，发热线缆的工作状态应正常； c) 检查加热电缆与冷线接头，接头应牢固、密封严实； d) 测试温度传感器和湿度传感器的电阻，应满足设计要求； e) 测试结冰传感器，确认其工作是否正常。 8.2 施工过程中的检测 DB42/T 1503-2019 9 8.2.1 隐蔽部分（加热模块）的通电测试应不少于隐蔽前、后两次。 8.2.2 新建道路钢筋骨架稳定，钢筋接头符合 JGJ 18 规定和设计要求。 8.2.3 已建道路开槽施工应保持路面颜色一致。 8.3 检测 完工检测应满足以下要求： a) 对 7.2 条中项目进行复检，应全部满足设计要求； b) 对电源系统、检测系统、控制系统的接地、配线进行检测，应满足设计要求； c) 对融雪化冰系统进行通电、升温试验，系统应能正常运行。 8.4 交工验收 8.4.1 质量验收 8.4.1.1 加热电缆施工完成，混凝土填充层施工前，应按隐蔽工程要求进行质量验收，并形成质量验收记录。未经检验合格严禁隐藏。 8.4.1.2 加热电缆系统质量验收应符合下列规定： a) 加热电缆的材料、规格及敷设间距、弯曲半径及规定措施等应符合设计要求； b) 加热电缆的发热区域禁止剪裁和破损， 加热电缆电缆之间不应在任何地方有相互接触， 交叉或者重叠的现象； c) 加热电缆每个回路应无短路和断路现象，电阻及绝缘电阻测试应符合设计要求； d) 加热电缆、传感器等设备的安装应符合设计要求。 8.4.2 竣工验收 8.4.2.1 融雪化冰系统施工完成后，经过一个低温期的试运行，系统检测合格后，建设单位应组织施工、设计、监理、运营等单位进行验收。 8.4.2.2 竣工验收时应符合下列规定： a) 加热电缆的布局与设计、敷设间距、固定应符合设计要求； b) 回路的电阻及绝缘电阻测试应符合设计要求； c) 系统的漏电保护装置及接地应符合设计要求； d) 融雪化冰系统性能检测符合设计要求。 8.4.2.3 竣工验收时应提供下列文件： a) 施工图、竣工图和设计变更文件； b) 主要设备、电缆和配件等主要材料的出厂合格证及检验报告； c) 融雪化冰系统在低温期的系统性能检验报告； d) 质量验收记录； e) 材料和产品的现场复验报告； f) 工程使用维权说明书。 9 运行与维护 DB42/T 1503-2019 10 9.1 融雪化冰系统每年使用前，应检查加热系统、监测系统、控制系统和电源系统是否正常。 9.2 融雪化冰系统的路面应有明显标识，禁止进行打洞、钉凿、撞击、高温作业等工作。 9.3 融雪化冰系统应进行日常管理以及使用期、停用期检查，并做好记录。 9.4 融雪化冰系统发生故障时，应停止使用并与施工方联系及时维修。 DB42/T 1503-2019 11 附 录 A （资料性附录） 发热电缆单位面积铺装功率计算方式 A.1 发热电缆单位面积铺装功率计算方式 A.1.1 发热量的计算方法 道路融雪滑冰设备的发热量Qo，一般可以通过下列公式计算： 式中： Qo需要的发热量（W/）； Qs雪传达的显热量（W/）； Qm雪的融解潜热（W/）； Qe水蒸气的蒸发潜热（W/）； Qh对流以及辐射产生的传热量（W/）； Ar融雪面上没有雪的部分所占比例； 热效率。 式中，（Qs+Qm）表示为融雪所需热量，Ar（Qe+Qh）表示为防止路面冻结所需的热量（空气从路面带走的热量）。 A.1.2 融雪所须热量 进行融雪的时候， 如果有一层薄雪覆盖在路面的状态被允许的话， 那么空气所带走的热量由于很小，就算省略掉也不会有大的影响，因此（Qs+Qm）就可以视为融雪所须的热量。 式中： 雪的密度（50 kg/m -300 kg/m ） ； c雪的比热2.1kj/(kgK)； S平均降雪强度（通常为 0.02 m/h-0.03 m/h） ； 冰的溶解热（336 kj/kg） ； Tm融雪温度（1） ； To外气温度（） 。 式中： DB42/T 1503-2019 12 S平均降雪强度（m/h） ； Hm平均日降雪厚度（cm/d） 。 其中，平均日降雪厚度 Hm，为所有降雪日的平均降雪厚，Hm =累计降雪厚度（cm）/降雪总天数 A.1.3 防止冻结所须的热量 由于路面温度和大气温度都比较低，蒸发量也非常小，即使忽略不计，也不会有什么影响，因此，在计算防止冻结所须的热量的时候，就可以仅仅对从路面向空气的发热量（对流、辐射）进行计算。这种情况下，认为不存在被雪覆盖的部分，则Ar为1 式中： 路面的表面热传导率W/（ K）； V风速（通常为 2 m/s-3 m/s） 。 A.1.4 发热量 道路融雪设备所的发热量Q(W/)，通常采用融雪热量和防止冻结热量中的较大值。 A.1.5 桥面发热量 道路融雪设备的热效率比较高，由地中进行蓄热，使温度上升，因此，热效率几乎可以达到100%，在设计的时候设为80%-90%。在桥梁部分，由于桥梁内侧的损失较大，因此要通过热阻来计算求出，可以将桥梁内侧的热损失按50 W/来计算。 A.1.6 通常所使用的发热量 常用发热量参考值见表A.1。 表A.1 不同地区参考设计发热量 不同地区参考设计发热量 序号 地区名称 设计发热量（W/m2） 1 鄂西北 200-300 2 鄂西南 200-300 3 其他地方 180-250 注：悬空桥梁发热量在以上基础上增加50W/m2。 DB42/T 1503-2019 13 附 录 B （资料性附录） 设计选用参考范围 B.1 设计选用参考范围 B.1.1 高原、山地 高原、山地采用融雪化冰应符合下列原则之一： a) 年均降雪天数15d； b) 冬季平均气温5，冬季平均降水量45mm； c) 海拔高度800m 冬季最冷月平均气温0；海拔高度1000m 冬季最冷月平均气温1； d) 符合 a）、b）、c）条件之一的国道、省道，坡度5 度的阴坡；坡度8 度的陡坡。高速坡度 25 度的长下坡阴坡； e) 符合 a）、b）、c）条件之一的上下坡弯道，坡度5 度，弧度10M(R)； f) 符合 a）、b）、c）条件之一的海拔 800 米以上的风口（山口风、山谷风）易结冰连通桥梁及路段； g) 符合 a）、b）、c）条件之一的隧道进出口位置（隧道口外 35 米，内 15 米）； h) 冰雪导致的交通安全事故多发地段； i) 车流量大的路段及分道口、匝道（坡度5 度）等； j) 其他需要采取融雪化冰措施的地方。 B.1.2 平原 平原采用融雪化冰应符合下列原则之一： a) 桥梁、匝道、坡段及易积雪又难融化的路段； b) 交通瓶颈地段； c) 其他需要采取融雪化冰措施的地方。 B.1.3 城市 城市采用融雪化冰应符合下列原则之一： a) 桥梁、匝道等易结冰地段； b) 不易采取融雪化冰的钢结构桥梁及匝道； c) 人行天桥； d) 人行通道； e) 交通“十”字路口； f) 停车场、机场、体育场、屋面、天沟等； g) 其他需要采取融雪化冰措施的地方。 _