National Transport Library Research Database

Värmeisolerande egenskaper för snö (Thermal insulation properties for snow)

  • Lintzén, Nina
  • Luleå tekniska universitet, Universitet eller högskola, 202100-2841
Sponsors, duration, budget: Trafikverket ; 2020-01-04 -- 2025-12-31 Registration number:
  • Trafikverket 2020/20586
Subject(s): Abstract: Tjäle har stor betydelse vid byggnation och väghållning i kallt klimat eftersom det kan ge upphov till tjällyftning, tjälskott och andra tjälskador. Snö har en isolerande förmåga vilket gör att snötäckets varaktighet och djup under vintern påverkar marktemperaturen. Snötäckta ytor har mindre värmeförlust från marken än snöfria ytor, där även temperaturvariationerna i marken under vintern blir större. Tjälnedträngningen blir då större mitt på den snöröjda vägen än vid vägkanterna, som är isolerade av snövallar. Den ojämna tjälbildningen leder till att tjällyftningen inte blir lika stor överallt, utan kan t.ex. bli större i mitten av vägbanan vilket får till följd att sprickor uppstår. Hur stor skillnad det blir på tjälnedträngningen i vägbanan jämfört med vid vägkanterna beror på snöns värmemotstånd. Värmemotståndet är dels beroende av snödjup men också av snöns termiska egenskaper, som i sin tur är beroende av bl.a. densitet och mikrostruktur. Mikrostrukturen beror på snökristallernas form och hur de är bundna till varandra. Olika snötyper har därför varierande termiska egenskaper. Allt eftersom snön smälter, omvandlas eller packas ihop, som vid plogning av vägar, förändras snöns egenskaper och därmed även värmemotståndet. De termiska egenskaperna påverkas även av snöns albedo, eller reflektionsförmåga, som bl.a. beror på kornstorlek och renhet. Snö är alltså ett mycket komplext och varierande material. Det primära målet med projektet är att beräkna värmemotstånd för snölager för att bestämma vilken inverkan snö vid sidan av vägen har på tjälbilden i marken. Detta ska göras genom att ta fram en beräkningsmodell för att beräkna det totala värmemotståndet för snölager innehållande flera olika snötyper. För detta krävs kunskap om olika snötypers termiska konduktivitet samt de egenskaper som inverkar på den termiska konduktiviteten, t.ex. densitet, temperatur och mikrostruktur. Det planerade tillvägagångssättet för att erhålla indata till beräkningsmodellen är att klassificera olika snötyper och jämföra egenskaper som inverkar på den termiska konduktiviteten. Den termiska konduktiviteten ska även mätas dels för olika enskilda snötyper var för sig, samt för ett snölager innehållande flera sorters snö. Dessa mätningar ligger sedan till grund för att kunna verifiera beräkningsmodellen. Mätningar ska göras dels under kontrollerade förhållanden i laboratorium på förutbestämda snötyper samt i fält.Abstract: Ground frost is of great importance in construction and road maintenance in cold climates, as it can give rise frost heave and frost heave with subsequent frost damages. Snow is an insulating material, which means that the duration and depth of the snow cover during the winter affect the soil temperature. Snow-covered surfaces have less heat loss from the ground than snow-free surfaces, where the temperature variations in the ground during the winter also become larger. Hence, the frost heave will be greater in the middle of the snow-cleared road than at the roadsides, which are insulated by snow banks. The uneven frost formation results in uneven frost heave, which may cause cracks to arise in the road surface. The magnitude of the difference in frost penetration in the roadway compared to the roadside depends on the heat resistance of the snow. The heat resistance is partly dependent on the snow depth but also on the thermal properties of the snow, which in turn is dependent on density and microstructure. The microstructure depends on the shape of the snow crystals and how they are bonded to each other. Different snow types therefore have varying thermal properties. As the snow melts, transforms or is packed together, as when plowing roads, the properties of the snow and thus the heat resistance change. The thermal properties are also affected by the snow's albedo, or reflection ability, which, among other things depends on grain size and purity. Snow is thus a very complex and varying material. The primary goal of the project is to calculate the heat resistance of snow layers to determine the impact snow on the roadsides has on the frost depth in the ground. This will be done by developing a calculation model to determine the total heat resistance for snow layers containing several different snow types. This requires knowledge of the thermal conductivity of different types of snow as well as the other properties that affect the thermal conductivity, e.g. density, temperature and microstructure. The planned approach to obtaining input data for the calculation model is to classify different snow types and compare properties that affect the thermal conductivity. The thermal conductivity should also be measured both for different individual snow types separately, as well as for a snow layer containing several types of snow. These measurements will then be used as a basis for verifying the calculation model. Measurements will be made both under controlled conditions in the laboratory on predetermined snow types and in the field.
Item type: