气候之路——一条可防止洪水并生产绿色能源的多功能全规模示范道路

本文提出了一条多功能的全规模示范道路——气候之路，将气候适应与缓解整合在一个系统中。气候公路位于丹麦赫登斯特德，长50米，宽8米，路基深1米。气候公路的一半，即25米，铺设了透水沥青，其余25米铺设了传统沥青。所有地表水都排入路基，路基可储存最多120米3水可以直接通过透水沥青或排水格栅输送。此外，路基内嵌有800米地热管道，分布在四个200米长的W形环上，其中两条埋在沥青下1米处，另外两条类似的环路位于0.5米深处。气候之路于2019年5月至2021年5月期间进行了测试。项目期间，累计降水量为1654毫米，平均气温为9.3摄氏度，最强降雨量为每30分钟40.3毫米。透水沥青的长期入渗性能表明整体渗透能力会缓慢下降。通过每年的修复性清洁可以阻碍但无法完全阻止这种减少。运营两年后，气候公路在绝大部分路段的渗透能力97.2毫米/小时的建议中仍大幅实现。总体积减少能力估计在15%到30%之间。基于对61次单次降雨事件的分析，事件滞留时间在10至130分钟之间，平均为35分钟。项目期间，气候道路为附近的一所幼儿园共发电98兆瓦时，平均性能系数（COP）为3.1。编译 陈讲运

结论

在两年的运营中，气候公路展现出相当的潜力：部分作为气候适应解决方案，气候公路能够排干并储存大量降水（120m³）部分作为气候缓解解决方案，已能够生产约50兆瓦时/年清洁可再生能源。能源产量相当于每年新建的五座丹麦130㎡的能源需求每年能耗为每栋房屋10兆瓦时的家庭住宅。然而，记录的能源产量无法持续，相关研究已进一步估算符合国家立法的能源生产水平。尽管如此，气候之路可以作为集体供暖，适用于传统区域供热不可行且绿色气候适应和缓解解决方案需求殷切的地区。

气候适应和气候缓解方案相辅相成。气候公路能够排走并储存在路基中的大量降水，持续饱和GSHP管道周围的聚合体，从而增强了环境向管道的热量传递。路基还使得安装数百米地热管道成为可能，因为气候公路在城市环境中不占用空间。因此，气候之路使得利用现有道路基础设施，在人口稠密地区建设气候适应解决方案和清洁可再生能源成为可能。此外，气候道路还可作为蓄水池，储存大量雨水，直到现有下水道系统恢复处理极端降水后的降雨能力，从而降低对新下水道系统和传统雨水滞留池的需求。

关于气候之路作为气候适应解决方案的功能，我们得出以下结论：

透水沥青的长期表面渗透率已通过156项ASTM C1781/C1781 M-13测量和270项贝克测试测量进行了检验。尽管两种方法产生的渗透能力差异很大，贝克尔方法的渗透率是ASTM方法的五倍，但渗透能力的趋势依然存在。总体而言，透水沥青在项目期间具有较大的渗透能力（超过250毫米/小时）。用ASTM方法测得的最低入渗能力为43毫米/小时，但仍能承受丹麦的暴雨（15毫米/30分钟）。

长期表面渗透性测试还强调，渗透能力在作过程中会下降，但可以通过修复性清洗部分恢复，尽管无法恢复到第一次修复性清洗前的水平;这表明道路出现了缓慢但深度的堵塞，无法清除。

整个项目期间（2019年5月至2021年5月）共观测到1654毫米的降水量。假设集水区为800米2气候道路的减容能力介于15%至30%之间。绝大多数滞留物归功于蒸发，尽管膨润土垫的轻微渗漏也必须预期。

共分析了61次最小降雨深度为3毫米的降雨事件，以研究路基的储存能力及事件滞留时间。降雨深度低于0.7毫米的事件通常不会产生显著响应。在少数情况下，降雨深度高达4.1毫米的事件下游没有信号。这通常发生在长时间干旱期之后，通常是夏季，路基很可能干燥，这使得骨料因地表湿润而能够保留降雨。活动拘留时间从10分钟到130分钟不等，平均拘留时间为35分钟。明显的是，降雨强度往往是决定事件滞留时间的因素。对于降雨强度超过5毫米/小时的事件，平均滞留时间为22分钟;而降雨强度低于5毫米/小时的事件，平均滞留时间为40分钟。

关于作为GSHP系统能源基础的气候之路，我们得出以下结论：

气候之路每年约产50兆瓦时的能源，从10月至3月的5兆瓦时到6月至8月的1兆瓦时不等，COP值为3.1。这种生产速率无法长期维持，需要进一步研究以估算符合国家GSHP系统法规的可持续能源生产水平。本次调查发现的高COP值很可能源于地热管道总长度（路基800米）、水持续渗透到地热管道以及GSHP管道深度（分别为0.5米和1.0米）。

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