Page 112 - 水利学报2021年第52卷第1期

温被。
随后对比基于本工程算例各个方案的施工成本、运行（供电）成本和冬歇期的总成本，ERCC 层的
施工成本包含混凝土材料成本与铜网电极成本，运行成本则是根据每日供电所消耗的电量成本，假
设冬歇期为 4 个月 120 天，算得各方案的成本如表 4 所示，可以发现：（1）从成本角度分析，ERCC 层的
施工成本与 20 cm 保温被的成本接近；（2）ERCC 层的运行成本低于其施工成本，且随着保温被厚度的
增加，运行成本降低明显；（3）ERCC 层的施工和运行成本仍可进一步优化，减小 ERCC 层的厚度能
够降低 ERCC 体量和总电阻，这样既减少了施工成本，同时提升了电热效果进而减小了运行成本。

表 4 不同方案温控效果与成本估算

对比方案 A0 A1 A2 A3 A4 B0 B1 B2 B3
保温被厚度/cm 0 5 15 25 35 0 5 15 25
等效热交换系数/（kJ/（m·h·℃）） 45.70 2.82 0.98 0.59 0.42 45.70 2.82 0.98 0.59
2
是否通电 否 否 否 否 否 是 是 是 是
最大温差平均值/℃ 9.92 2.38 0.95 0.58 0.42 4.44 0.49 0.45 0.19
最大拉应力/MPa 6.61 1.28 0.43 0.22 0.13 4.19 0.25 0.04 0.002
施工成本/万元 0.0 8.8 26.4 44.4 61.6 36.6 45.4 62.9 80.6
运行成本/（元/d） 0 0 0 0 0 2578 311 112 66
冬歇期 120 d 总成本/万元 0 8.8 26.4 44.4 61.6 67.5 49.1 64.2 81.4

6.00 8.17 10.33 12.50 14.67 6.00 8.17 10.33 12.50 14.67 6.00 8.17 10.33 12.50 14.67
（a）5cm 保温被（A1）第 5 天温度场 （b）15cm 保温被（A2）第 5 天温度场 （c）25cm 保温被（A3）第 5 天温度场

6.00 8.17 10.33 12.50 14.67 6.00 8.17 10.33 12.50 14.67 6.00 8.17 10.33 12.50 14.67
（d）35cm 保温被（A4）第 5 天温度场 （e）5cm 保温被+ERCC（B1）第 5 天温度场 （f）15cm 保温被+ERCC（B2）第 5 天温度场
图 5 不同温控措施下 RCC 坝越冬层局部温度场（单位：°C）
在表面布置薄层保温被的情况下，虽然铺设 20 cm 橡塑海绵保温被的保温效果与 ERCC 层接近，
但二者温控机理截然不同。如图 6、图 7 所示，仅采用保温被的方案 A1—A4，坝体的最大温降与保
温被的厚度呈负相关，且经历寒潮之后，坝体不同高程均出现不同程度的不可逆温降，进而在坝体
不同高程均产生不利的拉应力，原因在于保温被重点为表面防护，通过降低坝体混凝土与空气的热
量交换，以阻热的方式实现冬歇期的温控，坝体内部温度不可避免的由温降产生拉应力；相比而
言，ERCC 重点为温度调控，通过将电能转化为热能，以自发热补偿温降造成的热量散失，以实现坝
体温度平稳控制。对于成本和温度应力接近的方案，如方案 A3 与 B1、方案 A4 与方案 B2，ERCC 上
表面的温度和应力时程变化接近，但在 ERCC-RCC 界面处，方案 B1 和 B2 的温度及应力时程变化更

图 6 不同温控措施下 ERCC 越冬层面典型位置温度时程
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