寒区公路收费亭保温设计及采暖性能研究
寒区公路收费亭保温设计及采暖性能研究
摘要：现有的传统收费亭在寒冷地区使用过程中保温、采暖效果较差。本文基于黑龙江省正在使用的收费亭存在的保温问题，提出了寒区收费亭保温及采暖改进的方案。通过与传统取暖方案进行实地实测对比，发现红外线辐射加热系统可以改善亭内的温度舒适性，且取得了良好节能效益。过路费计算
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关键词：收费亭；保温；红外线辐射加热；FAE-A 级蜂巢隔离防火保温板
0引言
近年来，交通领域逐步朝向智能交通系统的方向发展，向着交通强国建设迈进。黑龙江省交通运输厅也编制了相应交通规划，主要是为了解决传统收费亭存在的一些弊端，改善收费人员的工作环境。鉴于目前我省大多数公路收费亭在使用过程中普遍反映的重点问题：工作温度舒适性较差，本文将予以探讨如何改进保温性能，推进应用红外线辐射取暖装置，节能环保的同时为收费员创造温暖的工作环境。
1黑龙江省传统收费亭保温面临的问题
传统形式的收费亭在运营过程中出现了诸多的问题及弊端，最重要的是收费亭保温问题，黑龙江位于祖国最北部，是全国温度最低的省份，冬季平均气温-16℃左右，供暖期约六个月，且收费站大多位于远离市区的野外，传统收费亭的亭壁保温材料不是很厚，保温性能不尽如人意，再加上工作需要长时间开启窗户空气流通，收费亭内集聚的热量很快就散失殆尽，普通电暖器和空调的取暖办法，供暖效果也相对较差，耗电量大，工作人员仍然需要穿着棉衣棉裤工作[1]。
2保温板材质和玻璃材质选取
收费亭的围护结构外部和内部是蒙皮，中间夹杂着大面积的保温板，其中最影响收费亭保温隔热效果的正是保温板。传统收费亭基本上都在采用EPS泡沫板最为保温材料，但是实际保温隔热效果不太令人满意。新型的FAE-A 级蜂巢隔离防火保温板在几种常用的保温隔热材料中具有更大的优势。FAE-A蜂巢隔离防火保温板其导热系数介于0.036-0.038，相比较而言,FAE蜂巢隔离防火保温板各项特性均高于传统泡沫板及其他建筑保温材料的特性,尤其适于在北部严寒地带应用。
玻璃这种材料在常见的维护结构中热工性能是比较差的，使得收费亭的散热更加的严重。[
2]而改用的真空玻璃将可以明显改善收费亭的散热性能，由于真空玻璃中间真空层的存在，在传热系数方面表现优越，实际U值在0.6 W/(㎡· k)，优质真空玻璃甚至能达到0.3 W/(㎡· k)，可以减少收费亭内部热量的散发，减少空调、电暖气的耗电量，达到优秀的保温效果。
3玻璃尺寸优化
前一天喝酒第二天可以打新冠疫苗吗为了使收费亭散热损失达到最小，可以适当调整玻璃的尺寸，但是要满足工作人员通过玻璃观察对向来车的车辆信息和司机面部表情、手部动作进行判断的需求。
3.1迎车方向收费亭窗体宽度计算
工作人员通常无车时面朝前方，据调查，人体颈椎最舒服的扭转角为0 ~20°，所以需在前方40°范围内安装玻璃，以方便观察来车。
A1代表收费员的眼睛距离迎车向窗壁的距离，所以迎车方向窗的左或右边界宽度距视距中心线的宽度C1为:
（1）
根据调查数据得到A1 =99cm，最后将数值带入（1）计算C1=36cm，所以迎车向窗取整后定为80cm。
3.2收费亭侧向窗体宽度
收费员需要通过侧窗观察到正在缴费车辆的车体全部情况，同时在缴费车辆未离去时，也想看到后车的车辆信息，此处以小车为例计算。
天龙八部演员表收费员坐姿眼睛距离左侧亭壁为B1，收费岛边缘距亭壁为B2，其边缘距小汽车的距离令为B3，亭身长度设为L1，前往收费站的正在缴费小汽车车身长为L2，正在收费车辆与后面车辆尾距长度为L3,收费员可以看到后车的长度为L4，正在收费车辆司机眼睛距离车辆前轴距离为A1，汽车的前悬挂距离车头为A2，收费员迎车方向视角为α，离车方向为β，则：
(2)
(3)
然后能求得收费亭侧窗左右边界距离收费员视线中心线的两个宽度。分别是来车向宽度C3和离车方向宽度C2。
(4)
(5)
据调查数据得到B1 =61cm；B2取标准值30cm；B3为人为因素，假设收费车辆停在车道中间，根据车道宽度3.6m，和国家标准中标准车辆宽度1.8m，计算B3=70cm；A2也是人为因素，和多种情况有关，取平均值80cm；A3根据国家标准值取为80cm；L2为车长取值假定4600cm。据调查， L3的均值为103.42cm，L4 的平均值为195.1cm。win10使用技巧
将所有赋值数据带入 (2)、 (3)计算得到α=88.17°β=44.81°，接着α、β带入(4)、(5)得到C2=60.59 cm,C3=190 cm合计宽度为251 cm，也就是2.51m，但是实际单向收费亭长度也才2.8m。实际上收费员迎车方向距离远小于2.51m，故实际设计对于迎车面侧壁，除角柱位置加固外应全部设计为玻璃窗。
5优选供热设备
5.1红外辐射加热系统
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采用红外辐射加热系统代替传统的电暖气加空调的加热方式，其主要包括红外线辐射加热部分和温度控制两部分。红外辐射加热部分，由顶部、侧部和地板加热模块组成，它将电能转化为热能。温控系统可以实现对亭内温度自动感知的基础上精准控制加热温度以及实现自动调节。
收费亭上部加热板为工作人员身体上部分提供热量，地板和侧壁的加热板为躯干和腿、脚加热。与此同时侧壁的加热板在加热过程中释放的热量可以相当于一个加热风幕，对收费窗常开进入冷空气有隔断的作用，保护工作人员不直接受冷气吹拂。相较于传统的电暖加空调加热，红外线辐射加热除了收费窗口温度比亭内其他地方低一些外，整体温度分布均匀，收费员体感舒适。
5.2预估效益
5.2.1节能效益
黑龙江地区，供暖周期为10月中旬至来年4月中旬，假定180天时间。截止目前黑龙江省共有高等级公路收费亭1200余个，单向收费亭1000余个，双向收费亭200余个。假如全部应用红外线辐射智能加热系统，具体能量计算如下:
（1）单向收费亭
单向收费亭采用功率为2kw的电暖气加1.5P空调,制热功率1.12kw，电辅热功率0.88kw，供暖期内日均运行13小时。该加热系统最大运行功率为2.5kw，日均运行15小时。
电暖气加一匹空调日耗电量：（2+2）×13=52（kwh）；
红外线辐射加热日耗电量：2.5×15=37.5 （kwh）；
红外线辐射加热日节电量：52-37.5=14.5 （kwh）；
单向收费亭应用红外线辐射加热系统相比于传统采暖方式日节电效率：
14.5÷52×100%=27.88%；
单个单向收费亭整个供暖期内节电量：14.5×180=2610（kwh）；
1000套单向收费亭总内节电量：1000×2610=2610000（kwh）；
折算成标准煤：2610000× 3600000J÷（7000cal×4.18J）÷106= 321吨
（2）双向收费亭
双向收费亭采用功率为两个2kw的电暖气加一个1.5P空调，制热功率1.12kw，电辅热功率0.88kw，每天平均运行13小时。红外线辐射加热系统最大运行功率为4.5kw，每天平均工作15小时。
两个电暖气加一匹空调日耗电量：（2+2+2）×13=78（kwh）；
红线外辐射加热日耗电量：4.5×15=67.5 （kwh）；
红线外辐射加热日节电量：78-67.5=10.5 （kwh）；
双向收费亭应用红外辐射智能加热系统相比于传统采暖方式日节电效率：
10.5/78×100%=13.5%
双向收费亭在整个采暖期内节电量：10.5×180=1890（kwh）；
200套双向收费亭总节电量：200 × 1890 =378000（kwh）；
折算成标准煤：378000 × 3600000J/（7000cal×4.18J）÷106=46.51吨；
综上，黑龙江省高速公路若应用的1200套红外辐射加热统系统年节能量约为298.8 万度电，换算成标准煤约为367.51吨。该加热系统平均使用时长约为20年，该时期内节能量为:寿命期内节能量 = 年节能量 ×使用寿命 =367.51 × 20 = 7350.2 (吨标准煤)
5.2.2经济效益
以单向亭为例子，一套红外线辐射加热系统成本为5000元，使用寿命为20年以上；一台2kw电暖器的价格为400元左右，寿命期为5年。下面在寿命期内计算投资额（此处不计算空调）。
电暖器要购买换新4次，投资额为4 × 400 = 1600元；红外线辐射加热系统只需购买一次投资额为5000元；前者较后者增加投资: 5000 – 1600 = 3400 (元)。红外辐射加热系统可以节省的费用为: 14.5×180×0.74=1931.4元(按0.74元/度)，两个供暖周期即可收回追加成本。假如红外线辐射加热系统可以在黑龙江省全省推广应用，预计每年可以节约电量298.8万度，节省电费253.98万元，经济效益明显。

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