تحلیل عملکرد سیستم گرمایش هیدرونیک در مقابله با یخبندان به‌عنوان راهکاری پایدار برای زیرساخت‌های شهری در اقلیم سرد: مطالعه موردی پل B9 تهران

هدف:در مناطق سردسیر، یخبندان و بارش برف از مهم‌ترین عوامل اختلال در عملکرد زیرساخت‌های شهری و سامانه‌های حمل‌ونقل به شمار می‌آیند و می‌توانند ایمنی ترافیکی و بهره‌برداری پایدار از شبکه معابر را به‌طور جدی تحت تأثیر قرار دهند. . در این راستا، پژوهش حاضر با هدف تحلیل عددی عملکرد حرارتی سامانه گرمایش هیدرونیک برای ذوب برف در پل B9 بزرگراه ارتش تهران انجام شده است. این پل در وضعیت فعلی به سامانه پاشش شیمیایی ضدیخ مجهز است و هدف اصلی مطالعه، بررسی امکان‌سنجی جایگزینی سیستم موجود با فناوری گرمایش سطحی هیدرونیک، با تمرکز بر افزایش بهره‌وری انرژی، پایداری زیرساخت‌ها و کاهش اثرات زیست‌محیطی در شرایط اقلیمی سرد می‌باشد.
روش پژوهش:در این تحقیق، شبیه‌سازی حرارتی گذرا با استفاده از نرم‌افزار COMSOL Multiphysics برای مدل‌سازی فرآیند انتقال حرارت در یک سامانه فرضی گرمایش هیدرونیک انجام شده است. این سامانه شامل لوله‌هایی است که در زیر سطح روسازی پل تعبیه شده‌اند و آب با دمای حدود ۴۰ درجه سانتی‌گراد در آن‌ها جریان دارد. مدل عددی، انتقال حرارت در لایه‌های مختلف روسازی از جمله آسفالت و لایه‌های عایق را به‌همراه رفتار دینامیکی جریان سیال در لوله‌ها در نظر می‌گیرد. شبیه‌سازی‌ها برای دو سناریوی آب‌وهوایی با دماهای محیطی ۵- و ۱۰- درجه سانتی‌گراد انجام شده و در سناریوی دوم، بارش برف با شدت ۳۰ میلی‌متر در ساعت نیز لحاظ شده است تا عملکرد سیستم در شرایط بحرانی ارزیابی شود.
یافته‌ها:نتایج شبیه‌سازی نشان داد که سامانه گرمایش هیدرونیک قادر است در دمای محیطی ۱۰- درجه سانتی‌گراد، دمای سطح آسفالت را در کمتر از ۲۰ دقیقه به بالاتر از نقطه انجماد برساند. این ویژگی امکان ذوب مؤثر برف با شدت ۳۰ میلی‌متر در ساعت و جلوگیری از یخ‌زدگی سطح پل را فراهم می‌کند. میزان انرژی مورد نیاز برای یک ساعت عملکرد کامل سیستم حدود ۸۵۱ کیلووات‌ساعت برآورد شد. همچنین بررسی‌ها نشان داد که با نصب ۲۰۰ پنل خورشیدی ثابت با ظرفیت ۷۰۰ وات، امکان تأمین حدود ۳۴۰ ساعت عملکرد سالانه سیستم وجود دارد که بیانگر پتانسیل بالای استفاده از انرژی خورشیدی به‌عنوان منبعی پایدار برای پشتیبانی از این فناوری است.
نتیجه‌گیری: نتایج پژوهش نشان داد سامانه‌های گرمایش هیدرونیک می‌تواند راهکاری مؤثر و پایدار برای جلوگیری از یخ‌زدگی سطحی باشد. این سیستم در مقایسه با روش‌های سنتی ، پایداری عملیاتی بالاتر، وابستگی کمتر به مواد شیمیایی و ایمنی عمومی بیشتری فراهم می‌کند. علاوه بر این، امکان تلفیق آن با منابع انرژی تجدیدپذیر، نقش مهمی در کاهش اثرات زیست‌محیطی و تحقق اهداف توسعه پایدار زیرساخت‌های شهری ایفا می‌نماید.