Licentiatavhandling Göteborg : Chalmers University of Technology. Department of Civil and Environmental Engineering. Division of Construction Management, 2017

Vinterdrift av vägar är en stor kostnad för samhället men vinterdriften är nödvändig för att hålla våra vägar öppna. Emellertid så sprids varje år 600 000 ton vägsalt på de nordiska vägarna. Detta salt rinner ut i naturen längs med vägarna, där det har en direkt påverkan på naturen. Denna avhandling förespråkar ett alternativt vinterdriftskoncept, för miljömässigt känsliga platser eller särskilt olycksdrabbade platser. Konceptet bygger på att ett vätskebaserat markvärmesystem, placeras under trafikytor, och används som en solfångare under sommaren. Den energin som tas tillvara säsongslagaras i ett borrhålslager tills ett uppvärmningsbehov uppstår. Traditionella markvärmesystem använder höga framledningstemperaturer vilket begränsar vilka energikällor som är direkt användbara. Vanligen används fjärrvärme eller restvärme med relativt höga temperaturer. Syftet med denna avhandling är att undersöka möjligheterna att använda ett markvärmesystem, likt de ovan beskrivna, i ett skandinaviskt klimat. Avhandlingen fokuserar på utformningen av borrhålslagret och interaktionen mellan borrhålslager och markvärmesystem. Avhandlingen baseras på omfattande litteraturstudier och numeriska beräkningar. Undersökningen har begränsats till att endast studera markvärmesystem som är direktkopplade till ett borrhålslager, alltså inga värmepumpar eller annan tillskottsvärme. Resultaten av studien tyder på att konceptet med ett borrhållager kombinerat med ett markvärmesystem kan vara en fungerande lösning. Konceptet lämpar sig bäst för platser med ett relativt milt kustklimat. För platser med strängare klimat måste lösningar med tillskottsvärme studeras. Fallstudierna för Tranarp och Studevannet visade på att markvärmesystemet kunde reducera antalet timmar med risk för halka på grund av kondensering till sex respektive åtta timmar. Men för att nå dessa låga risknivåer krävs ytterligare utveckling av styrfunktionen för markvärmesystemen.

Winter road maintenance is costly but it is inevitable since it is necessary to keep roads accessible and safe during winter. Current winter road maintenance methods use annually 600 000 tons of salt, in the Nordic countries. The salt ends up in the environment along the roads and results in environmental challenges. This thesis proposes an alternative, winter road maintenance concept for critical parts of the road infrastructure. The proposed concept consists of a hydronic pavement (HP), utilised as solar collector, which is connected to a borehole thermal energy storage (BTES). The combination of an HP and a BTES (called renewable HP) means that the solar radiation will be harvested in the summer time and the stored energy will be used for winter road maintenance at critical parts of a road infrastructure. In existing hydronic pavements district heating or other high temperature energy sources are currently used, however, high temperature energy sources limit the implementation of HP systems. Research on using low temperature energy sources can result in a reduction of primary energy need and makes implementation of HP systems more feasible. The purpose of this thesis is to investigate the feasibility of implementing hydronic pavements using renewable energy, in the Scandinavian countries. This thesis studies how a BTES can be connected to a hydronic pavement, focusing on the design of the BTES. The studies are based on extensive literature reviews and numerical simulations considering the interaction between the hydronic pavement and the BTES. The studied systems have all been direct connected systems without supplementary heating such as boilers or heat pumps. The results revealed that BTES is a suitable thermal storage technology to be used in combination with renewable HP. The renewable HP systems are mostly suitable for areas with mild winters. For locations with harsher climates there is a need for supplementary heating or increased number of boreholes in the BTES. The studied locations of Tranarp and Studevannet revealed that the renewable HP system can reduce the annual number of hours with risk for ice formation from 400 hours and 855 hours, to 6 hours and 23 hours respectively. However, in order to reach low risk levels, further development of control systems will be needed.