Гимназисты предлагают защищать… асфальт

​Ученики 9-го класса «А» гимназии №1577 Илья Мезенцев и Александр Колесников (руководители – учитель физики Лариса Тамарлакова и учитель технологии Маргарита Пан) предложили проект «Защита асфальтового покрытия от перегрева и обледенения».

Мы живем в Москве, на нашей широте, нам постоянно приходится сталкиваться с различными природными условиями: жарой и холодом, снегом и солнцем. Каждую весну мы наблюдаем ямы в асфальте, из-за этого происходят ДТП, ломается подвеска автомобилей, все лето мы стоим в пробках, потому что дороги чинят, закрывая при этом полосы движения. Летом дороги сильно нагреваются, портится асфальт, резина при торможении оставляет следы, город перегревается, зимой мы не можем справиться с уборкой снега, машины едут, как на катке, даже с зимней резиной на колесах, увеличивается число аварий. Мы предлагаем метод очистки дорожного покрытия от наледи, который практически не требует больших затрат, но при этом он будет помогать в самых сложных ситуациях, и принципиальную схему реализации такого устройства на примере разработанной модели. В дальнейшем мы планируем создать действующую модель защиты асфальтового покрытия. В рамках выполнения проекта мы поставили несколько задач: изучить проблемы образования корки льда зимой и перегрева асфальта летом, способы решения возникающих проблем, предложить решение проблем своим методом использования системы защиты, разработать принципиальную схему реализации защиты асфальтового покрытия, подготовить материал для создания прототипа действующей модели. Нашим способом защиты асфальтового покрытия мы можем помочь дорожно-коммунальным службам пока только на мостах и развязках, где не так удобно очищать асфальт. Часто зимой при выпадении осадков снег падает на поверхность асфальта, имеющую минусовую температуру, и при этом образует ледяную корку. Традиционный способ защиты асфальтового покрытия от обледенения предусматривает механическую уборку снега и оттаивание льда с помощью химических реагентов, так как оттаивание теплом требует больших тепловых (электрических) затрат. Постоянный перепад температуры с положительной на отрицательную с переходом через ноль приводит к преждевременному выходу из строя асфальтового покрытия. Основной недостаток обычного способа борьбы с наледью на мостах – зимой при снегопаде образуются пробки на мостах, препятствующие традиционному способу очистки дорог с использованием снегоуборочных машин и разбрасывания реагентов, летний же перегрев асфальта приводит к сокращению срока его службы (волны, колейность). Мы считаем, что система очистки асфальта не должна зависеть от плотности загруженности дороги; в момент снегопада дорожное покрытие должно иметь положительную температуру, тем самым препятствовать образованию льда. Снижение энергозатрат на борьбу со льдом может быть обеспечено использованием грунтового тепла, круглый год имеющего температуру больше нуля, солнечного тепла, полученного летом, при перегреве асфальтового покрытия, поддержанием положительной температуры от 1 до 5 градусов (для экономии энергии, а также использования энергии, связанной с фазовым переходом из воды в лед и обратно). Мы ознакомились с европейскими аналогами: в Голландии решили подогревать велодорожки с использованием тепла термальных источников, эти велодорожки уже тестируют в нескольких городах, предлагается, что велосипедные дорожки будут использовать форму пассивного регулирования температуры, которая получила название «асфальтный коллектор» и будет повышать температуру поверхности земли путем термального соединения с подземным слоем грунта, это значит, что зимой дорожка будет теплее, а летом, следовательно, прохладнее. Но подогревать такие дороги очень дорого, строительство дорожек по голландской технологии обойдется в 40-70 тысяч долларов на каждые 3 километра. Да и технология очень трудоемкая: дело в том, что «асфальтный коллектор по-голландски» должен находиться под землей на глубине 45 метров. В Германии введен в эксплуатацию первый в мире мост с геотермальным обогревом. В основе изобретения лежит использование тепловой энергии земных недр: при температуре воздуха от -4°С и ниже автоматически с глубины 80 метров начинается подача воды (11 °С), которая проходит через спиральные нагревательные элементы, расположенные внутри дорожного полотна. Наша система лучше тем, что не требует разрешения на бурение и может быть использована даже в сейсмически активных районах, причем намного дешевле, чем немецкий аналог. Что же мы предлагаем?     Прокладку системы трубок под асфальтовым покрытием мостов на глубине 10-15 см от поверхности для сбора тепла летом и отдачи зимой; 10-15 см нужны для того, чтобы трубки нельзя было повредить, но чтобы в то же время они грели определенный слой асфальта, а также для сбора и отдачи тепла.     Соединение системы трубок с грунтовыми коллекторами.     Автоматическое включение системы зимой во время снегопадов и возможности отключиться ночью при отсутствии транспорта, а также для механизированной дорожной службы. Жидкость по шлангу прокачивается через змеевики, закопанные в земле, с помощью насоса, двигается по часовой стрелке. Из-за того что грунт теплый, жидкость нагревается до 5 градусов и двигается по шлангу через систему трубок, проложенных под асфальтовым покрытием, отдает тепло асфальту и двигается дальше через вакуумный коллектор, где нагревается до 30-40 градусов, даже зимой в сильные морозы. Также по шлангу жидкость снова поступает в змеевики и продолжает прокачиваться, пока не прекратит работать насос. Температура жидкости не будет опускаться ниже нуля, так как грунт будет держать тепло, а коллектор, который можно подключить для автоматизации системы, постоянно будет догревать жидкость. Поддержание невысокой плюсовой температуры покрытия позволит препятствовать образованию льда, но не тратить энергию на обогрев всего покрытия и растопку снега. Мы пока только предложили метод очистки дорожного покрытия от наледи, который практически не требует больших затрат, но при этом он будет помогать в самых сложных ситуациях, например, на мостах и развязках, разработали принципиальную схему реализации такой защиты асфальтового покрытия. В дальнейшем мы планируем создать действующую модель защиты асфальтового покрытия по разработанной нами схеме.