(遼寧省水利水電科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110003)

寒區(qū)水庫、河流、湖泊和沿海水域每年都會(huì)有很長(zhǎng)時(shí)間的封凍期。在封凍期，當(dāng)氣溫升高時(shí)，冰層會(huì)產(chǎn)生膨脹，對(duì)周圍約束的水工建筑物產(chǎn)生破壞，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)绊懡Y(jié)構(gòu)的安全[1]。冰凍破壞是水工結(jié)構(gòu)物的常見病害之一，也是水利水運(yùn)工程設(shè)計(jì)中水工結(jié)構(gòu)的主要荷載之一。如果對(duì)冰荷載的估計(jì)不足、重視不夠或沒有采取充分合理的應(yīng)對(duì)措施，那么冰荷載有可能對(duì)水工結(jié)構(gòu)的安全構(gòu)成威脅，造成嚴(yán)重的冰毀事故。寒區(qū)水工結(jié)構(gòu)冰凍破壞已成為影響水利工程和人民生命財(cái)產(chǎn)安全的重大問題，近年來對(duì)防冰凍技術(shù)的研究越來越受到重視。

國(guó)外對(duì)冰的研究開展較早，研究方向主要是冰力學(xué)理論[2-3]、冰的力學(xué)試驗(yàn)[4-5](室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn))以及冰力學(xué)在海洋工程中的應(yīng)用[6-7]，而少有針對(duì)水利工程防冰凍的研究，尤其是防冰凍技術(shù)的研究。國(guó)內(nèi)相關(guān)專家學(xué)者近年來探索了適合我國(guó)冰情的防冰凍技術(shù)[8-10]，但多集中于各種防冰凍技術(shù)的工程應(yīng)用和不同技術(shù)間優(yōu)劣對(duì)比，而對(duì)防冰凍技術(shù)優(yōu)化、能耗水平降低、裝置研發(fā)升級(jí)等方面的研究較少。在此情況下，開展寒區(qū)水工結(jié)構(gòu)防冰凍技術(shù)創(chuàng)新研究將成為將來水利冰害研究的主流。

1 冰荷載的產(chǎn)生及危害

我國(guó)北方寒區(qū)，在寒冷的冬季，水庫、河流、湖泊甚至海域都可能發(fā)生冰凍現(xiàn)象，并可能形成一定面積的冰層[11]。這些冰層和水域中的水工結(jié)構(gòu)，例如水域中的邊坡護(hù)岸、壩體閘門、河流中的橋墩、海域港口中的護(hù)岸、防波堤和海洋中的固定式結(jié)構(gòu)相互接觸，后者是前者的邊界，并對(duì)之形成約束。當(dāng)外界條件(主要是氣溫)發(fā)生變化時(shí)，冰層內(nèi)部的溫度場(chǎng)發(fā)生變化，從而引起冰的應(yīng)變，由于受到水工結(jié)構(gòu)物不同程度的約束，于是冰層就對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了冰荷載。

冰凍破壞是寒區(qū)水工結(jié)構(gòu)常見的病害，會(huì)給水利工程帶來安全隱患。SL 211-2006《水工建筑物抗冰凍規(guī)范》[12]規(guī)定寒冷地區(qū)的閘門不得承受冰的靜壓力，其他水工結(jié)構(gòu)物的設(shè)計(jì)規(guī)范中也都明確了設(shè)計(jì)過程中應(yīng)考慮冰壓力的作用。

由于寒冷地區(qū)的環(huán)境與冰情規(guī)律不同，冰凍對(duì)水工結(jié)構(gòu)的危害也不盡相同，冰凍破壞包括影響使用、力學(xué)破壞和耐久性降低等，主要體現(xiàn)在：① 水體結(jié)冰影響水工結(jié)構(gòu)物的正常使用，例如江河冰封影響碼頭的正常運(yùn)作和航道通行；水庫閘門與埋固件凍結(jié)，造成閘門無法正常啟閉，損壞水封和啟閉設(shè)備等；② 冰層與水工結(jié)構(gòu)牢固凍結(jié)后，水工結(jié)構(gòu)將受到冰壓力、冰彎矩及水位變化產(chǎn)生的壓應(yīng)力、上抬力或下拉力等荷載，當(dāng)以上荷載反復(fù)作用時(shí)，將導(dǎo)致水工結(jié)構(gòu)變形或損壞；③ 凍融破壞是水工混凝土建筑物較為常見的一種破壞形式[13]。由于水工混凝土建筑物長(zhǎng)期處于浸水飽和及潮濕的條件下，在環(huán)境溫度的變化過程中，混凝土內(nèi)部的孔隙水結(jié)冰膨脹、融化松馳，如此反復(fù)循環(huán)，產(chǎn)生疲勞應(yīng)力而造成混凝土由表及里逐漸剝蝕。

遼寧省寬甸滿族自治縣的太平哨電站水庫水位變化不大，一般在190.00～191.50 m之間，冬季日變幅為0.40～0.50 m。水庫蓄水運(yùn)行后，每年12月中下旬開始結(jié)冰，一直到次年4月中旬庫面均為冰雪覆蓋。由于水庫鋼閘門沒有防冰措施，1984年1月9日發(fā)現(xiàn)大壩9號(hào)閘門上抬開啟，從1984～1997年有4 a共11扇閘門上抬開啟，此外3扇閘門頂梁出現(xiàn)向下游彎曲變形的情況。閘門上抬開啟后，雖開度不大(約為2 cm)，但影響閘門的正常運(yùn)行，也造成了一定的水量損失，尤其是頂梁彎曲變形已威脅到閘門的安全運(yùn)行[14]。國(guó)內(nèi)幾起典型的寒區(qū)水工結(jié)構(gòu)發(fā)生冰凍破壞及造成的損失情況見表1。

表1 國(guó)內(nèi)典型寒區(qū)水工結(jié)構(gòu)發(fā)生冰凍事故及造成的損失Tab.1 Typical frozen accidents and losses ofhydraulic structures in cold regions in China

2 現(xiàn)有防冰凍技術(shù)及優(yōu)缺點(diǎn)

目前國(guó)內(nèi)常用的除冰方法有冰蓋開槽法、冰蓋保溫板法、壓力水射流法、壓力空氣吹泡法、門葉電熱法等[15]，各方法具體工藝及優(yōu)缺點(diǎn)如下所述。

(1) 冰蓋開槽法是通過人工用冰镩或機(jī)械破除結(jié)構(gòu)物前附近冰面，形成一個(gè)隔離槽[16]，在結(jié)冰厚度達(dá)到危險(xiǎn)厚度之前再次開槽，以保證結(jié)構(gòu)物的正常使用。該方法簡(jiǎn)單直接，但需要較大的人力投入，工作強(qiáng)度大、效率低，作業(yè)時(shí)存在人身安全隱患，不符合安全生產(chǎn)和自動(dòng)化運(yùn)行的要求。

(2) 冰蓋保溫板法采用聚苯乙烯保溫板覆蓋冰面，以改變局部冰層凍融條件。聚苯乙烯保溫板絕熱性能優(yōu)良，導(dǎo)熱系數(shù)小，重量輕。但采用冰蓋保溫板法不能保證消除靜冰壓力，還會(huì)產(chǎn)生一定的環(huán)保問題。

(3) 壓力水射流法是利用水泵或潛水泵抽取水庫底部溫度較高的水體，泵送到在水工結(jié)構(gòu)前水面，產(chǎn)生水體擾動(dòng)并進(jìn)行熱交換，防止冰面結(jié)冰。該方法效果良好，但前期設(shè)備投入較大，運(yùn)行期間要求不間斷操作，電力成本高，多用于大、中型水庫結(jié)構(gòu)物前除冰。

(4) 壓力空氣吹泡法利用空氣壓縮機(jī)將空氣送至水工結(jié)構(gòu)前水面以下，在結(jié)構(gòu)前造成水體擾動(dòng)以防止結(jié)冰。該方法原理簡(jiǎn)單，操作易行，但現(xiàn)階段存在管線系統(tǒng)布置復(fù)雜、曝氣口調(diào)整困難等問題，而且由于采用空氣壓縮機(jī)泵送空氣，運(yùn)行期間耗電量較大，運(yùn)行成本高。

(5) 門葉電熱法采用三相負(fù)載分配相等的電熱管、電熱纜或電熱板解決水工結(jié)構(gòu)特別是鋼閘門等金屬結(jié)構(gòu)冬季結(jié)冰問題。發(fā)熱裝置均勻地布置在門葉結(jié)構(gòu)中間，采取定時(shí)加熱或連續(xù)加熱方式，門葉下游面全部采用聚苯乙烯泡沫板封閉保溫[10]。該方法除冰效果好，但設(shè)備復(fù)雜昂貴，功耗大，故障率高，針對(duì)水庫多孔閘門冰凍的情況，除冰成本較高。

對(duì)遼寧省內(nèi)10多座大中型水利工程防冰凍技術(shù)應(yīng)用情況進(jìn)行調(diào)研(見表2)，同時(shí)對(duì)國(guó)內(nèi)其他寒區(qū)水利工程進(jìn)行調(diào)查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)多數(shù)工程采用的防冰凍技術(shù)為壓力水射流法和壓力空氣吹泡法，存在設(shè)備能耗大、造價(jià)高、安裝難度大、故障率高以及運(yùn)行和維護(hù)成本高等缺點(diǎn)，給管理單位增加資金和管理負(fù)擔(dān)。

表2 遼寧省部分水利工程防冰凍技術(shù)應(yīng)用情況Tab.2 Application of anti-freezing technology in some waterconservancy projects in Liaoning Province

3 新型防冰凍技術(shù)

3.1 技術(shù)目標(biāo)

針對(duì)目前防冰凍技術(shù)的以上問題，制定新型防冰凍技術(shù)的技術(shù)目標(biāo)為低成本、低能耗、綠色化和自動(dòng)化。

(1) 低成本技術(shù)目標(biāo)是在保證除冰效果的前提下盡可能降低防冰凍裝置的制造成本，降低裝置的使用門檻，便于不同規(guī)模的水利工程管理單位采購和使用。

(2) 低能耗技術(shù)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)新型防冰凍裝置的能耗降低至現(xiàn)有防冰凍裝置的1/10，即新型防冰凍裝置的運(yùn)行能耗為10 W/m左右。

(3) 由于防冰凍裝置能耗較低，使清潔能源的使用成為可能，在新型防冰凍裝置的設(shè)計(jì)研制中可采用太陽能、風(fēng)能等清潔能源或市電和清潔能源相結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)防冰凍裝置運(yùn)行的綠色化。

(4) 自動(dòng)化技術(shù)目標(biāo)是水利工程現(xiàn)代化、高效化管理的要求，可以降低管理單位運(yùn)營(yíng)成本，便于水利工程的日常管理。

3.2 設(shè)計(jì)功能要求

(1) 提出節(jié)能型防冰凍系統(tǒng)。研究現(xiàn)行防冰凍技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)，開展百余組室內(nèi)試驗(yàn)，創(chuàng)新提出風(fēng)機(jī)吹泡法，與傳統(tǒng)的壓縮空氣吹泡法和壓力水射流法進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，優(yōu)化風(fēng)機(jī)吹泡法的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，優(yōu)選和改進(jìn)關(guān)鍵出流構(gòu)件，成功實(shí)現(xiàn)新型防冰凍裝置低能耗運(yùn)行。

(2) 提出環(huán)保型防冰凍系統(tǒng)。使用太陽能、風(fēng)能等清潔能源作為系統(tǒng)主供電源，實(shí)現(xiàn)綠色、環(huán)保、無污染、零排放，并可將該能源推廣應(yīng)用至庫區(qū)照明、監(jiān)控等用途。構(gòu)建市電應(yīng)急保障系統(tǒng)。當(dāng)出現(xiàn)連續(xù)惡劣天氣或其他極端情況導(dǎo)致清潔能源中斷時(shí)，實(shí)現(xiàn)市電自動(dòng)轉(zhuǎn)換補(bǔ)給，以保證防冰凍系統(tǒng)正常運(yùn)行。

(3) 提出自動(dòng)控制型防冰凍系統(tǒng)。利用溫度控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)防冰凍裝置自動(dòng)啟停，輔助節(jié)能；利用流量報(bào)警系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)運(yùn)行故障自動(dòng)預(yù)警報(bào)警；利用視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)掌控冰情進(jìn)展，輔助自動(dòng)控制。

4 新型防冰凍裝置

筆者團(tuán)隊(duì)經(jīng)多方努力，首次研發(fā)出了以風(fēng)機(jī)吹泡為核心技術(shù)的新型防冰凍裝置，包括三大模塊、7個(gè)部分。該系統(tǒng)在遼寧省三灣水利樞紐和湯河水庫等多項(xiàng)工程進(jìn)行了應(yīng)用，成功實(shí)現(xiàn)了“低成本制造、低能耗運(yùn)行、清潔能源供電、自動(dòng)化控制”的技術(shù)目標(biāo)。

4.1 節(jié)能裝置模塊

節(jié)能裝置模塊包括氣體供給裝置、氣體輸送設(shè)備和固定結(jié)構(gòu)3部分。

(1) 氣體供給裝置。在風(fēng)機(jī)吹泡法原理中，考慮空氣在輸氣管道中的沿程損失、噴口處的出流損失后，風(fēng)壓高于噴頭所在水深處的水壓即可。當(dāng)噴頭安裝深度為0.2 m，防冰凍長(zhǎng)度為10 m時(shí)，所需風(fēng)壓不到5 kPa，在風(fēng)機(jī)的常見風(fēng)壓值范圍(5～30 kPa)內(nèi)，而遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于空氣壓縮機(jī)的常見風(fēng)壓(700 kPa)。在風(fēng)機(jī)吹泡法和壓力空氣吹泡法的室內(nèi)對(duì)比試驗(yàn)中，采用離心式吹風(fēng)機(jī)和空氣壓縮機(jī)均可以在水面形成一定寬度的不凍區(qū)(見圖1)。而風(fēng)機(jī)吹泡法在裝置價(jià)格、風(fēng)量、防冰凍功率和實(shí)際能耗方面優(yōu)勢(shì)顯著，離心式吹風(fēng)機(jī)風(fēng)量為空氣壓縮機(jī)的10倍，價(jià)格、防冰凍功率及實(shí)際能耗僅為空氣壓縮機(jī)的1/40,1/25和1/35，具體參數(shù)對(duì)比見表3。因此，氣體供給裝置采用低能耗、大風(fēng)量、風(fēng)壓適中的離心式風(fēng)機(jī)。

圖1 室內(nèi)試驗(yàn)防冰凍效果對(duì)比Fig.1 Comparision of anti-freezing effect of indoor experiment

設(shè)備名稱設(shè)備型號(hào)價(jià)格/元電壓/V頻率/Hz風(fēng)量/(m3·h-1)轉(zhuǎn)速/(r·min-1)功率/W總重量/kg活塞式空氣壓縮機(jī)YT081-30120002205010.2138075021離心式吹風(fēng)機(jī)100FLJ1230022050108.22500303

綜合考慮防冰凍長(zhǎng)度、安裝水深、安裝控件、能耗和投資成本等因素，按需求進(jìn)行風(fēng)機(jī)選型。如在水工鋼閘門防冰凍應(yīng)用中，可選用小功率風(fēng)機(jī)，采用單孔單機(jī)的布置方式，在控制成本的同時(shí)也可起到良好的防冰凍效果。

(2) 氣體輸送設(shè)備。氣體輸送設(shè)備包括輸氣管、干管和氣噴頭3部分。輸氣管選用PVC硅膠鋼絲纖維復(fù)合管，管材具有柔性、耐低溫、耐高溫的特點(diǎn)，可以減少風(fēng)機(jī)振動(dòng)對(duì)管路的影響，保證管路豎向的可調(diào)節(jié)，同時(shí)可應(yīng)對(duì)寒區(qū)低溫以及采用集熱器對(duì)氣體加熱的高溫情況。

干管選用PVC-U管材，管材具有抗拉、抗壓強(qiáng)度高、流體阻力小、耐腐蝕性優(yōu)良、水密性良好的特點(diǎn)?？杀ＷC氣噴頭的間距相對(duì)固定，防止水流沖擊破壞。氣噴頭可選用文丘里噴嘴，因頂部為錐狀結(jié)構(gòu)，可改善噴嘴出口附近的亂流現(xiàn)象，將氣流速度的衰減抑制在最小限度。與直管形狀噴嘴相比，速度衰減緩慢，高速區(qū)域更寬，流速對(duì)比見圖2。

圖2 噴嘴附近流速分布Fig.2 Flow velocity distribution near the nozzle

(3) 固定結(jié)構(gòu)。采用吊索、桁架與浮筒相結(jié)合的定位方案，控制防冰凍裝置在水工結(jié)構(gòu)迎水側(cè)前的水平距離，同時(shí)保持在固定的水下深度，便于檢修和維護(hù)，固定結(jié)構(gòu)示意見圖3。浮筒尺寸應(yīng)根據(jù)整個(gè)防冰凍裝置水下部分的重量來選定。

為研究噴頭最佳淹沒深度，進(jìn)行了室內(nèi)對(duì)比試驗(yàn)。試驗(yàn)共設(shè)置3組，噴頭淹沒深度分別為200，400 mm和600 mm，其他試驗(yàn)條件一致：防冰凍長(zhǎng)度為1.8 m，防冰凍寬度為0.4 m，防冰凍功率為16.67 W/m，噴頭氣孔直徑為2 mm。3組試驗(yàn)的防冰凍能耗不一，噴頭位置越淺能耗越低，防冰凍效果越好。噴頭深度在不影響使用的前提下，應(yīng)盡量接近水面。但實(shí)際工況中，氣噴頭過于接近水面時(shí)，防冰凍裝置的氣噴頭有可能因水面變化而露出水面，失去防冰凍功能。因此，建議使用浮桶等裝置將氣噴頭淹沒深度保持在水面以下200 mm左右處。

圖3 固定結(jié)構(gòu)示意Fig.3 Diagrammatic sketch of the equipments used for fixing

4.2 自動(dòng)控制模塊

自動(dòng)控制模塊包括溫度控制、流量報(bào)警和視頻監(jiān)控3部分，互相聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)控制。

(1) 溫度控制系統(tǒng)。智能溫度控制系統(tǒng)采用SM1600B-10溫度采集系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)監(jiān)控水面附近氣溫和水體溫度，實(shí)現(xiàn)防冰凍裝置的自動(dòng)運(yùn)行，溫度傳感器布置見圖4。在溫度高、水體不會(huì)冰凍的情況下，智能溫度控制系統(tǒng)可關(guān)停防冰凍裝置，一方面節(jié)約了能源，另一方面也避免了防冰凍設(shè)備尤其是風(fēng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間、連續(xù)運(yùn)行而造成的發(fā)熱或損壞。

圖4 溫度傳感器布置Fig.4 Layout of temperature sensors

(2) 流量報(bào)警系統(tǒng)。使用非接觸式超聲波氣體流量計(jì)實(shí)時(shí)監(jiān)控風(fēng)機(jī)工作情況，防止因風(fēng)機(jī)故障停止工作而引起的冰凍問題。同時(shí)在氣體流量發(fā)生較大變化的情況下，向控制系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)，以便故障的查找和排除。超聲波氣體流量計(jì)性能參數(shù)見表4。

表4 超聲波氣體流量計(jì)性能參數(shù)Tab.4 Performance parameters of ultrasonic gas flow indicator

(3) 視頻監(jiān)控系統(tǒng)。視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控水工結(jié)構(gòu)迎水側(cè)的冰情，一般使用太陽能等清潔能源供電，可并入到防冰凍裝置供電系統(tǒng)。

4.3 環(huán)保供電模塊

環(huán)保供電模塊的供電方式可分為三大類：① 純清潔能源單獨(dú)供電;② 市電供電;③ 清潔能源和市電互補(bǔ)供電。清潔能源供電前期投入高，使用太陽能、風(fēng)能等清潔能源，而且遇到長(zhǎng)期極端天氣可能造成供電中斷；市電供電前期投入低，運(yùn)行管理簡(jiǎn)單，每年需交納一定的電費(fèi)；市電互補(bǔ)清潔能源供電前期投入高，使用太陽能及風(fēng)能等清潔能源作為常規(guī)電源，市電作為應(yīng)急電源，可將照明、監(jiān)控系統(tǒng)的供電設(shè)備集成，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自足性和可持續(xù)性。

3類方式各有優(yōu)點(diǎn)，可根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)具體情況靈活選擇，原則上推薦使用市電和太陽能互補(bǔ)供電，以提高系統(tǒng)運(yùn)行保證率。市電互補(bǔ)太陽能供電系統(tǒng)由太陽能發(fā)電板、太陽能控制器、蓄電池組成，如輸出電源為交流220 V并且要和市電互補(bǔ)，還需要配置并網(wǎng)逆變器和太陽能市電互補(bǔ)控制器。太陽能發(fā)電板在吸收太陽能發(fā)電的同時(shí)，還可加裝集熱器，為防冰凍裝置排出的氣體進(jìn)行加熱，可顯著提高防冰凍效果。

5 新型防冰凍技術(shù)優(yōu)勢(shì)及運(yùn)行效果

新型防冰凍技術(shù)以低能耗、低成本、大風(fēng)量、風(fēng)壓適中的離心式風(fēng)機(jī)為核心裝置，具備以下優(yōu)點(diǎn)：① 突破性實(shí)現(xiàn)了防冰凍裝置的低能耗運(yùn)行，能耗降至現(xiàn)有技術(shù)的1/10；② 大幅度降低防冰凍裝置制造成本，造價(jià)約為壓力水射流法的1/3、壓縮空氣吹泡法的1/10。2015年11月，課題組將制作完成的風(fēng)機(jī)吹泡法防冰凍裝置運(yùn)抵三灣水利樞紐現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)行安裝調(diào)試。試驗(yàn)時(shí)間為2015年12月至次年2月，防冰凍周期90 d。試驗(yàn)段布置在水利樞紐左岸魚道混凝土邊墻外側(cè)，防冰凍長(zhǎng)度為15 m。

防冰凍裝置采用風(fēng)機(jī)作為供氣裝置，風(fēng)機(jī)功率120 W，防冰凍功率為8 W/m，采用的供電方法為太陽能供電。風(fēng)機(jī)吹泡法防冰凍裝置經(jīng)調(diào)試正常后投入運(yùn)行，在太陽能電池板后布置太陽能集熱器用于對(duì)供給氣體的加熱，經(jīng)測(cè)量氣體溫度可達(dá)60℃以上。

在整個(gè)防冰凍周期內(nèi)，風(fēng)機(jī)吹泡法防冰凍裝置工作始終正常，未發(fā)生過載或者失靈情況，能形成長(zhǎng)約20 m，寬約0.70 m的未冰凍區(qū)，防冰凍效果明顯(見圖5)。

圖5 防冰凍裝置防冰凍效果Fig.5 Anti-freezing effect of the equipment

6 效益分析

課題組研發(fā)的新型風(fēng)機(jī)吹泡法防冰凍裝置通過在北方寒區(qū)水利工程的推廣應(yīng)用，其性能指標(biāo)不斷得到優(yōu)化提高。從實(shí)際運(yùn)行效果以及管理單位反饋情況來看，風(fēng)機(jī)吹泡法防冰凍裝置運(yùn)行情況良好，造價(jià)低廉，能耗較低，性能可靠，不僅保證了水利工程冬季運(yùn)行的穩(wěn)定和安全質(zhì)量，而且還降低了管理支出，帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，更具有重要的環(huán)境和社會(huì)效益。

6.1 直接經(jīng)濟(jì)效益

在采用市電供電的情況下，裝置無需安裝費(fèi)用較高的太陽能發(fā)電板，造價(jià)約為壓力水射流法的1/3、壓力空氣吹泡法的1/10，且能耗水平低至其他技術(shù)的1/10。以常見的水庫、水閘閘門防冰凍為例，假設(shè)每扇閘門寬10 m，冬季防護(hù)90 d，采用風(fēng)機(jī)吹泡法防冰凍裝置的電費(fèi)可節(jié)約電量4 000 kW·h以上，按市電0.5元/kW·h計(jì)算，每扇閘門在一個(gè)防冰凍周期內(nèi)可節(jié)約電費(fèi)約2 000元。

6.2 環(huán)境和社會(huì)效益

在采用太陽能或風(fēng)能等清潔能源的情況下，設(shè)備需安裝成本較高的太陽能發(fā)電板或風(fēng)力發(fā)電機(jī)，成本與現(xiàn)有其他防冰凍方法持平。但由于后期無需外接市電，每年可節(jié)約大量電費(fèi)。每個(gè)防冰凍周期采用風(fēng)機(jī)吹泡法可節(jié)約電費(fèi)400 kW·h/m，每米減少160 kg標(biāo)準(zhǔn)煤消耗，減少399 kg CO2排放，實(shí)現(xiàn)防冰凍裝置的自足性、綠色化和可持續(xù)性。

7 結(jié) 語

新型風(fēng)機(jī)吹泡法防冰凍裝置造價(jià)成本較低，后期運(yùn)行、維護(hù)的成本也較低，降低了防冰凍裝置的使用門檻，節(jié)約了管理單位的資金投入，便于在寒區(qū)水利工程大范圍的推廣應(yīng)用。風(fēng)機(jī)吹泡法防冰凍技術(shù)實(shí)現(xiàn)了防冰凍的低成本、低能耗、綠色化和自動(dòng)化，保證了水工結(jié)構(gòu)在寒冷的冬季不受冰凍破壞，保障了水利工程的正常使用和安全運(yùn)行，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。