Josef Johnsson på den uppvärmda beläggningen vid fältstationen i Östersund
Josef Johnsson på plats vid testbädden i Östersund, med den uppvärmda vägbanan driftsatt.

Solenergi ersätter salt på vintervägar

​I de nordiska länderna används årligen cirka 600 000 ton vägsalt för att hålla våra vintervägar halkfria. Saltet gör ofta nytta, men påverkar också miljön där det sprids. Nu testar forskare på Chalmers ett saltfritt koncept där sommarens solenergi lagras i marken – för att på vintern värma upp ett specifikt vägavsnitt med ett system som har många likheter med ett golvvärmesystem.
Under 2017 har forskare från Chalmers varit med och byggt upp en testbädd för halkfria vägar baserat på en uppvärmd beläggning. Testbädden ska verifiera numeriska beräkningar och testa systemet under verkliga förhållanden. Syftet med projektet är kort och gott att utveckla ett saltfritt och miljövänligt vinterväghållningsalternativ.
 
– Det finns olika skäl till att undersöka alternativ som inte inbegriper salt, säger Josef Johnsson, doktorand vid Byggnadsteknologi på institutionen för arkitektur och samhällsbyggnadsteknik. Vi förbrukar cirka 600 000 ton vägsalt per år i Skandinavien och det spelar roll var man sprider saltet. Det finns miljöer där tillförsel av vägsalt är extra känsligt, som till exempel vid vattentäkter, där det behövs en alternativ vinterväghållnings-teknik. Vägsaltet utgör i sig generellt en påverkan både på miljö och konstruktioner.
 
Kombination av tekniker


Modellen bygger på att en vägbeläggning som värms med vattenburen värme också används som solfångare där solenergin lagras i ett geoenergilager. Kombinationen av teknikerna innebär alltså att solenergin skördas och lagras på sommaren, och att den lagrade energin sedan används för att värma upp vägbanan. Värme pumpas runt med hjälp av rörledningar i vägen, ungefär som ett golvvärmesystem.


















Illustration: Karin Holmgren. Rören i vägen tar upp solenergi som lagras i ett geoenergilager. På vintern återförs solvärmen till vägbanan.

Anläggningen som är belägen i Östersund är möjlig att fjärransluta och med andra ord möjlig att fjärrstyra. Forskarna har god kontroll över förhållandena i Östersund genom givare och kameror.Dessutom finns   samarbetspartners i projektet på plats i Östersund.
 
Drift av systemet
– Utmaningen med det här projektet handlar till stor del om att reducera energiförbrukningen för systemet, förklarar Josef. Att kunna använda låga temperaturer gör att vi blir friare i vårt val av energikällor, och då är det viktigt att utforma ett effektivt styrsystem. Det krävs visserligen en del energi för att hålla igång pumparna, men det är relativt låg energiåtgång för dessa. En annan utmaning är underhållsfrihet, att utrustningen håller.

Att med säkerhet kunna säga att konceptet som helhet håller ligger något längre fram i tiden.

– Till att börja med har vi testat för att se om mätutrustning fungerar, i sommar går vi in och undersöker hur väl ytan funkar som solfångare, att den lagrar in så mycket energi som möjligt. I höst och nästkommande vinter ska vi försöka drifta anläggningen med olika styrfunktioner, som temperatur, nederbörd och väderprognoser.

 
Så kommer systemet till nytta
Forskarna i projektet strävar efter att ha ett system där man klarar sig utan att ha ett stödsystem. Konceptet är lämpligt i ett kustklimat med relativt milda vintrar; där är det möjligt att ha ett självförsörjande system där man tar vara på solvärmen i asfalten. Trafikverket och Statens vegvesen är redan involverade i studien, och konceptet kommer att kunna komma till nytta för kommuner som använder snösmältningssystem.

– Många kommuner använder idag snösmältningssystem. För att nämna ett lokalt exempel – Kungsportsavenyn i centrala Göteborg är delvis uppvärmd, men då med hjälp av spillvärme. En fördel med vårt koncept med geotermisk lagring av solenergi är att systemet ska vara självförsörjande, avslutar Josef Johnsson.
 


Josef Johnsson är doktorand vid avdelningen för byggnadsteknologi, Institutionen för arkitektur och samhällsbyggnadsteknik.

Huvudfinansiärerna för projektet är Statens Vegvesen och Trafikverket med stöttning ifrån Geotec (Svenska Borrentreprenörers Branschorganisation). Projektet bedrivs inom ramen för Statens vegvesens projektplattform ”Ferjefri E39” som syftar till att binda ihop Norges västkust.

Fakta:
Visa ▼

The test site consists of five major components, namely the weather station, the service building, the borehole thermal energy storage, the hydronic heated surface and a reference surface.

The heated surface is made from concrete and contains the plastic pipes that transfers the heat to the pavement. The reference surface is used as a comparison to see the effect of the hydronic pavement. The energy used by the system is stored in the BTES that is made of 4 boreholes to a depth 150 m. Each borehole contains a single u-tube thermal collector. 
The service building house all the measuring equipment and pumps required for the system. In the service building there is also an electric boiler as backup. The weather station provides the information on the local weather (Air temperature, RH, Wind, Precipitation, Camera) for both controlling and evaluation of the measured results.

The construction of the hydronic heated pavement is constructed with a top layer of concrete that contains the pipe at a depth of 50 mm and with a spacing of 50 mm. Further down it is made as a regular road but with an insulation layer giving more stable boundary conditions for the numerical simulations. The pipes are made of cross-linked polyethylene (PE-Xa) with the dimensions of 20x2 mm. 10 pipes are going back and forth in the concrete giving a total length of the pipes of about 150 m. The pipes are covering an area of 70 m2.

The test site is monitored by many sensors. The temperature distribution in the pavement and along the pipes is measured by resistance temperature detectors. By measuring the temperature field, it can be compared against numerical simulations. In the service building the fluid flows and temperatures are monitored. From those measurements the heat flows though the test site can be calculated.
Källa:

Publicerad: on 28 mar 2018. Ändrad: to 29 mar 2018