Начало

 

English

 

ООО “Кибермашина”

 

 

 

 

 

ПРОЕКТЫ

 

 

 

 

 

Строительство

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

О фирме

Проекты

Патенты

Контакты

Концепция высокотехнологичного антигололедного дорожного строительства

 

Многим жителям городов, поселков и деревень, соответствующих климатических поясов, часто приходится ездить или ходить по дорогам зимой, в условиях колебаний температур из “плюсовых” в “минусовые” и обратно, в условиях выпадения осадков, в виде снега или мокрого снега, и в результате чего на дорогах образуется наледь и гололед, что представляет опасность для здоровья людей (возникает травматизм на “ровном месте”) и создается опасность для движения автотранспорта (увеличивается количество ДТП). Данная проблема с гололедом повторяется из года в год и более того, уже не одно столетие. Однако, в виду недостаточной инновационной активности, существующие способы решения данной проблемы заключаются - не в создании специальных дорожных покрытий или оснащению дорог техническими средствами, которые препятствовали бы образованию гололеда, а в использовании дополнительных противогололедных средств, путем ежегодных сезонно-ежедневных разбрызгиваний и разбрасываний, задействуя технику, людей и тратя ежегодно значительные финансовые средства, при этом создавая неудобства для движения автотранспорта и людей по дорогам и более того, попутно загрязняя окружающую среду и неблаготворно влияя на людей, животных и растения. Данная концепция высокотехнологичного антигололедного дорожного строительства предназначена для ускорения решения проблемы с гололедом на дорогах, а также попутного решения проблемы очистки дорог от снега, в связи с зимними снегопадами и снежными заносами на дорогах.

 

В качестве широко применяемых средств борьбы с гололедом в разных местностях используются:

 

  1. Соль техническая.
  2. Песок.
  3. Смесь песка и соли (пескосоль).
  4. Противогололедные химические реагенты (как обычного применения, так и с аккумулированием реагентов в специальных пористых дорожных покрытиях).
  5. Каменная крошка (из щебня и др.).

 

Однако при использовании этих средств есть недостатки, в основном следующие:

-         необходимость уборки снега (после снегопадов) с дорог, перед применением противогололедных средств, задействуя снегоуборочную автомобильную технику;

-         противогололедное применение реагентов и соли продуктивно в ограниченном температурном диапазоне и возможны скачки температур, снижающие эффект от уже примененных реагентов и соли;

-         противогололедное действие реагентов и соли ограничивается определенным временным интервалом, зависящим от погодных факторов, после чего может требоваться повторная обработка тех же дорог реагентами и солью;

-         необходимость развоза и разбрасывания (разбрызгивания) по дорогам, задействуя специальную автомобильную технику (кроме того, во дворах используются “ручные способы” разбрасываний);

-         создание неудобств для движения автотранспорта по дорогам, во время расчистки дорог и обработки дорог;

-         возможно повышенное загрязнение автомобилей, а также загрязнение обуви пешеходов (например, переходящих проезжую часть дороги по наземному пешеходному переходу);

-         возможно отрицательное влияние на детали автомобилей и лакокрасочные покрытия автомобилей, а также на обувь и даже одежду пешеходов, при случайных попаданиях (например, брызги от дорог при движении автомобилей);

-         на дорогах возможны различные химические реакции, с продуктами эксплуатации автотранспорта, выбросами промышленных и химических предприятий, что может усиливать возможные эффекты от применения реагентов и соли;

-         возможно отрицательное влияние на растения (реагенты и соль могут попадать в почву и затем влиять на рост растений) и на животных, включая птиц (они могут поедать выброшенную на дорогу какую-либо пищу пропитанную реагентами или твердые крупинки реагентов и соли);

-         сопутствующие противогололедной обработке дорог испарения веществ и соединений (продуктов реакций) могут неблаготворно влиять на здоровье людей;

-         могут возникать аллергические реакции у людей;

-         возможно засорение дорожных (придорожных) водостоков песком, каменной крошкой, при их использовании;

-         необходимо ежегодно тратить значительные финансовые средства, которые в сумме складываются из закупочной стоимости противогололедных средств (соли, реагентов, песка и т.д.), на транспортировку, на складирование, на загрузку в транспорт, на развоз по дорогам, на уборку улиц от снега, на последующую уборку улиц от песка и каменной крошки и т.д.;

-         затруднено наблюдение водителями дорожной разметки;

-         возможно снижение пропускной способности дорог, из-за сужения ширины проезжей части дорог, что вызывается периодическими скоплениями массивов снега по краям дороги.

 

Наиболее привлекательным и оптимальным способом борьбы с гололедом являлся бы экологически безопасный способ, реализованный в самом дорожном покрытии, не требующим во время зимней эксплуатации дорог каких-либо дополнительных противогололедных средств и не требующим соответствующей дополнительной обработки дорог. Можно определить задачи и требования при поиске подобного экологически безопасного способа борьбы с гололедом, реализованного в самих дорожных покрытиях:

 

  1. Максимальное использование существующих технологий дорожного строительства (асфальтовые покрытия дорог).
  2. Нетребовательность к обслуживанию.
  3. Нетребовательность к использованию дополнительных противогололедных средств и хим. веществ.
  4. Экологичность и безопасность для окружающей среды, человека, животных и растений.
  5. Высокая энергоэффективность.

 

Данным требованиям может отвечать экологически безопасный способ, связанный с подогревом дорог, при котором не может образоваться гололёд на дорогах, а выпадающий снег на дороги - сразу бы таял, при этом образующаяся вода может отводиться от дорог, аналогично летнему времени года, за счет дорожных (придорожных) водостоков, а также за счет естественных испарений воды. Данным требованиям также может отвечать экологически безопасный способ, связанный с конструкционным укрытием дорог от прямых осадков, за счет установки специальных конструкций над дорогами. Для обеспечения данных требований также может использоваться экологически безопасный способ, основанный на новых технологиях, которые могут быть разработаны в будущем.

 

На основе рассмотрения возможных экологически безопасных способов, для борьбы с гололедом и для решения проблемы очистки дорог от снега, могут использоваться следующие способы:

 

  1. Электроподогрев дорог (автомобильных и пешеходных, а также аэродромов и некоторых велодорожек).

 

Реализация способа электроподогрева дорог может осуществляться при строительстве новых дорог, во время обновления и ремонта дорожного покрытия имеющихся дорог, при этом должны устанавливаться электронагревательные элементы в дорожном покрытии. Электронагревательные элементы могут устанавливаться в виде сегментов определенных размеров, при этом должно использоваться параллельное подключение сегментов к электрической сети, чтобы при случайном повреждении (поломке) одного сегмента на остальные сегменты это бы не повлияло. Сегментированные участки могут иметь датчики температуры и датчики выпадения осадков, используемых для автоматической регулировки и включения-отключения сегментов, а также должны иметь дополнительную защиту от перегрева.

 

Недостатки при реализации способа электроподогрева дорог:

-         необходимо усложнение и удорожание дорожного строительства, в дорожном покрытии нужно устанавливать электронагревательные элементы;

-         необходимо тратить электроэнергию в зимнее время года.

 

Достоинства при реализации способа электроподогрева дорог:

-         экологичность;

-         нет загрязнений окружающей среды хим. реагентами;

-         нет засорений дорог и дорожных водостоков песком и каменной крошкой;

-         нетребовательность к частому обслуживанию;

-         управление электроподогревом дорог возможно в автоматическом импульсном режиме, при этом дорога будет являться аккумулятором тепла и после циклического отключения некоторое время будет остывать;

-         может регулироваться электроподогрев дорог в зависимости от температуры окружающей среды, выпадения осадков, состояния дорожного покрытия, времени суток и интенсивности движения, тем самым экономить электроэнергию;

-         для оплаты электроэнергии на электроподогрев дорог можно использовать различные финансовые средства, в том числе обычно выделяемые средства на борьбу с гололедом и снегопадами, так как эти финансовые средства всё равно будут потрачены (кроме того, на производство противогололедных средств тоже тратится энергия). Можно тратить финансовые средства не только на песок, соль, реагенты (и их доставку, хранение, развоз и т.д.) и на уборку дорог от снега, но можно потратить также и на электроподогрев дорог. Возможное увеличение финансовых затрат на электроподогрев дорог будет компенсироваться получаемыми преимуществами;

-         производственные мощности производителей реагентов могут быть ориентированы не только на выпуск противогололедных реагентов, но и на выпуск удобрений для сельского хозяйства (возможно и других применений, для разных отраслей, например, химических реактивов и веществ для промышленности, мед. учреждений и учебных заведений), при этом возможно более эффективное использование производства по потенциальным объемам мировых рынков, независимых от времени года и климатических поясов;

-         полная реализация подогрева основных дорог снизит необходимость в шипованной резине для колес автотранспорта, что повысит долговечность дорожного полотна;

-         на участках дорог, оборудованных электроподогревом, нет необходимости специально убирать дороги от снега, так как падающий снег будет сразу таять на дороге;

-         увеличится активный период эксплуатации дорожного полотна (за счет исключения образования льда, образование которого может приводить к разрастанию трещин дорожного покрытия);

-         улучшится наблюдение водителями дорожной разметки в зимнее время года;

-         нет снижения пропускной способности дорог в зимнее время года, за счет отсутствия массивов снега по краям дороги.

 

Опытную реализацию электроподогрева дорог можно начинать с участков дорог, на которых гололедица часто вызывает проблемы, на крутых подъемах и спусках, на поворотах дорог, перед светофорами, на тротуарах и т.д. Пригодность электроподогрева дорог для широкого использования определяется только после получения результатов опытной эксплуатации дорог, оборудованных электроподогревом и расположенных в разных местностях.

 

Энергоэффективность при электроподогреве дорог может обеспечиваться за счет системных мер, для этого можно сеть городских Котельных модернизировать до уровня тепловых электростанций (ТЭЦ), тем самым повысив их КПД и полученную дополнительно электроэнергию можно использовать на электроподогрев дорог. Кроме того, энергоэффективность может обеспечиваться за счет работы электронагревателей в импульсном режиме и автоматической регулировке температуры дорожного полотна, а также при использовании альтернативных придорожных электрогенераторов - фотоэлектрических преобразователей, ветрогенераторов и других.

 

  1. Использование сопутствующего нагрева за счет прокладки теплотрасс (тепловых сетей) под дорогами (например, возвратных трубопроводов центрального отопления и возвратных трубопроводов горячей воды).

 

Реализация способа использования сопутствующего нагрева дорог от теплотрасс может осуществляться при строительстве новых дорог, во время обновления и ремонта дорожного покрытия имеющихся дорог, при этом должны прокладываться трубопроводы теплотрасс (тепловых сетей) под дорожное покрытие, с возможностью отдачи тепла от трубопроводов теплотрассы на дорожное полотно посредством прямой теплопередачи. Трубопроводы, прокладываемые под дорогами, могут подключаться параллельно к уже проложенным и эксплуатируемым возвратным трубопроводам тепловых сетей городской инфраструктуры через разветвители, с возможностью автоматической регулировки количества отводимого тепла для дорог, в зависимости от температуры окружающей среды, выпадения осадков и состояния дорожного покрытия.

 

Недостатки при реализации данного способа:

-         необходимо усложнение и удорожание дорожного строительства, под дорожным полотном нужно прокладывать специальные трубопроводы теплотрасс (тепловых сетей);

-         необходимо дополнительно тратить энергию для выработки тепла на тепловых станциях (из-за тепловых потерь на нагрев дорог);

-         требуется автоматическая система регулировки температуры дорожного полотна, чтобы избежать нерациональных потерь тепла, при колебаниях температуры окружающей среды;

-         будет увеличение нагрузки на городские тепловые станции (ТЭЦ, Котельные) или необходимо строить новые тепловые станции.

 

Достоинства при реализации данного способа:

-         экологичность (при условии повышения экологичности работы ТЭЦ и Котельных);

-         нет загрязнений окружающей среды хим. реагентами;

-         нет засорений дорог и дорожных водостоков песком и каменной крошкой;

-         нетребовательность к частому обслуживанию;

-         для оплаты дополнительного расхода энергии, затрачиваемой тепловыми станциями (за счет тепловых потерь на нагрев дорог), можно использовать различные финансовые средства, в том числе обычно выделяемые средства на борьбу с гололедом и снегопадами, так как эти финансовые средства всё равно будут потрачены (кроме того, на производство противогололедных средств тоже тратится энергия). Возможное увеличение финансовых затрат на подогрев дорог будет компенсироваться получаемыми преимуществами;

-         производственные мощности производителей реагентов могут быть ориентированы не только на выпуск противогололедных реагентов, но и на выпуск удобрений для сельского хозяйства (возможно и других применений, для разных отраслей), при этом возможно более эффективное использование производства по потенциальным объемам мировых рынков, независимых от времени года и климатических поясов;

-         полная реализация подогрева основных дорог снизит необходимость в шипованной резине для колес автотранспорта, что повысит долговечность дорожного полотна;

-         на участках дорог, оборудованных подогревом, нет необходимости специально убирать дороги от снега, так как падающий снег будет сразу таять на дороге;

-         увеличится активный период эксплуатации дорожного полотна (за счет исключения образования льда, образование которого может приводить к разрастанию трещин дорожного покрытия);

-         улучшится наблюдение водителями дорожной разметки в зимнее время года;

-         нет снижения пропускной способности дорог в зимнее время года, за счет отсутствия массивов снега по краям дороги.

 

Энергоэффективность при реализации данного способа может обеспечиваться за счет повышения эффективности преобразования энергии на тепловых станциях (ТЭЦ, Котельных), например, используя газ, ТБО, оборудуя тепловые станции дополнительно фотоэлектрическими преобразователями, ветрогенераторами и другими способами.

 

  1. Использование прозрачных туннелеобразных колпаков, установленных на дорогах, для конструкционного укрытия дорог от прямого выпадения осадков, в основном снега, но также возможно использование колпаков для укрытия дорог от сильного дождя и града.

 

Установка туннелеобразных колпаков на дорогах может производиться в любое время года и на любых дорогах, как на вновь строящихся, так и на имеющихся дорогах. Туннелеобразные колпаки должны быть выполнены, в основном, из прозрачных материалов (например, из оргстекла, поликарбоната), для обеспечения освещения дорог естественным солнечным светом в дневное время. Туннелеобразные колпаки могут охватывать как полностью связку автомобильной дороги и тротуаров, так и отдельно тротуары и (или) автомобильную дорогу. Пространство под туннелеобразными колпаками должно позволять беспрепятственно передвигаться автотранспорту и пешеходам, при этом внутри колпака в дневное время может использоваться естественное солнечное освещение за счет светопропускания, а в ночное время необходимо будет использовать искусственное освещение. Туннелеобразные колпаки могут быть выполнены как в жестком неподвижно-стационарном виде, так и в раздвигающемся (трансформирующемся) виде, с возможностью трансформации в осеннее время и укрытием дороги поверхностью колпака на всю зиму (или на периоды снежных осадков), а в весеннее – открыванием дороги на всё лето (или с возможностью укрытия дороги на периоды дождя), с ручным или автоматическим управлением, по датчикам температуры и датчикам осадков (снег, дождь). Профиль сечения колпаков должен выбираться исходя из условия минимизации площади возможного оседания снега на колпаках (для увеличения площади светопропускания, естественного света в дневное время, через открытые от снега поверхности колпаков), а также необходимо учитывать окружающий архитектурный стиль и удобство практической реализации и эксплуатации.

 

Недостатки при реализации данного способа:

-         туннелеобразные колпаки должны иметь высокую прочность и устойчивость к климатическим факторам (например, температурным скачкам), выдерживать давление снега и сильного ветра (это нужно учитывать при выборе материалов);

-         при ручном управлении трансформацией необходимо проведение работ по установке (передвижению) колпаков в осеннее время и снятию (раздвижению) колпаков в весеннее время (для автоматизации трансформации колпаков может использоваться электропривод);

-         во время снегопадов возможно оседание снега на колпаках, что влияет на светопропускание естественного света в дневное время. Для уменьшения площади оседающего снега (и увеличения площади светопропускания), верхняя поверхность колпаков может быть выпуклой (сечением в форме полукруга, полуовала или треугольно-образной), а боковые поверхности (стенки) должны быть расположены близко к вертикальному положению (наибольшее светопропускание может быть за счет боковых поверхностей колпаков). В некоторых случаях можно дополнительно использовать искусственное освещение, аналогичное ночному времени;

-         во время зимних оттепелей возможно образование воды из снега и необходимо исключение попадания воды со стороны окружающей колпаки территории на дороги (чтобы из этой воды, при последующих морозах, не мог образоваться гололед на дорогах), используя, например, стационарные части конструкций (создающие преграду для воды), перепады высот и придорожные водостоки;

-         возможно потребуется периодическая мойка колпаков.

 

Достоинства при реализации данного способа:

-         экологичность;

-         возможно укрытие дорог как от снега, так и от сильного дождя (с автоматическим управлением по датчикам осадков - в любое время года);

-         не требует установки электронагревателей и прокладки теплотрасс под дорожным полотном;

-         не требует траты электроэнергии на подогрев дорог;

-         полное использование существующих технологий дорожного строительства;

-         нетребовательность к частому обслуживанию;

-         нетребовательность к использованию дополнительных противогололедных средств и хим. веществ;

-         нет необходимости специально убирать дороги (укрытые колпаками) от снега;

-         увеличится активный период эксплуатации дорожного полотна;

-         улучшится наблюдение водителями дорожной разметки (независимо от времени года и выпадения осадков);

-         нет снижения пропускной способности дорог в зимнее время года, за счет конструкционного укрытия дорог от выпадения снега на дороги;

-         возможно использование прозрачных туннелеобразных колпаков также для укрытия путей железнодорожного транспорта;

-         для некоторых местностей возможно использование прозрачных туннелеобразных колпаков для укрытия дорог от песчаных ветров и песчаных бурь (при необходимости, с усилением крепления конструкций);

-         основные финансовые затраты будут на изготовление и первоначальную установку туннелеобразных колпаков на дорогах. Дальнейшие затраты будут складываться из стоимости периодического техобслуживания (проверка целостности конструкций, выявление повреждений, трещин и т.д.) и из стоимости замены элементов конструкций (от старения, износа, поломок и т.д.). Затраты на искусственное освещение и электропривод вероятно будут соизмеримы с обычными затратами на ночное освещение дорог.

 

Так как для данного способа не требуется трата электроэнергии на подогрев дорог, тем самым обеспечивается самая высокая энергоэффективность.

 

На данное устройство, конструкционной защиты дорог от метеоосадков и песка, получен патент RU 104196 U1, который может использоваться всеми заинтересованными организациями и предприятиями. Для практической реализации на дорогах, необходимо будет определить требуемые размеры конструкций, выбрать способ трансформации (ручной или автоматический с электроприводом), выбрать материалы (прозрачных пластиков, несущих рам и т.д.) и провести проектирование и расчет (включая расчет прочности, надежности и искусственного освещения) конструкций в соответствующих проектных организациях строительного профиля, и на основе полученных результатов необходимо будет изготовить конструкции и осуществить сборку на дороге для опытной эксплуатации (по результатам которой, возможно широкое применение).

 

  1. Использование других способов, препятствующих образованию гололеда и реализованных в самом дорожном покрытии, на основе новых технологий, которые могут быть разработаны в будущем.

 

Для поиска и разработки предполагаемых других способов, препятствующих образованию гололеда и реализованных в самом дорожном покрытии, требуется проведение целевых научно-исследовательских работ. Исследования должны быть направлены на поиск и разработку методик, влияющих на температурную точку замерзания воды, попавшей на дорожное полотно, различными пассивными и статическими способами, реализованными в самом дорожном покрытии (например, катализаторного эффекта комбинированного материала дорожного полотна, статическими полями создаваемыми в приповерхностной области дорожного полотна и т.д.), с тем, чтобы из воды, попавшей на дорожное полотно, не мог образоваться лёд при обычных отрицательных температурах. Для начала исследований может использоваться эффект, так называемой, “переохлажденной воды”, существующей в жидком состоянии при температурах до -30°С (и ниже). Возможно также использование активных способов, при условии существенно меньших затрат энергии, чем при электроподогреве дорог (например, через создание специальных волновых эффектов в приповерхностной области дорожного полотна и т.д.). Предполагается, что разработка и реализация новых технологий в дорожном строительстве должна позволить создать дорожное полотно, обеспечивающее получение нужного эффекта молекулярного расщепления (таяния) падающего на дорогу снега и препятствующее образованию гололеда, с минимальными затратами электроэнергии. Необходимая цель для поиска и разработки предполагаемых других способов – создать дорожное покрытие, которое пассивным и статическим способом или энергоэффективным активным способом, реализованном в самом дорожном покрытии, влияет на температурную точку замерзания воды на поверхности дорожного полотна и чтобы на дороге не мог образоваться гололед.

 

Недостатки предполагаемых других способов:

-         вероятно проведение длительных научно-исследовательских работ (с неопределенной вероятностью достижения необходимых результатов);

-         возможно изменение существующих технологий дорожного строительства и изменение материалов используемых при строительстве дорожного покрытия;

-         вероятна высокая стоимость практического применения (снижению стоимости способствует широкое практическое применение).

 

Достоинства предполагаемых других способов:

-         предполагается экологичность;

-         предполагается отсутствие необходимости обслуживания;

-         предполагается нетребовательность к использованию дополнительных противогололедных средств и хим. веществ;

-         предполагается отсутствие необходимости в потреблении электроэнергии (или минимальное потребление электроэнергии, для обеспечения высокой энергоэффективности).

 

Так как для предполагаемых других способов требуется проведение длительных научно-исследовательских работ, а потребность в экологичных антигололедных способах существует уже сейчас, то можно использовать для опытной практической реализации вышеприведенные первые три способа, c параллельным проведением научно-исследовательских работ, по теме высокотехнологичного антигололедного дорожного строительства, в специализированных организациях (учреждениях) и предприятиях, для которых заинтересованные организации (ведомства) могут поставить соответствующие задачи. В дальнейшем, в случае успешности научно-исследовательских работ и приемлемости результатов для практического применения, необходима будет опытная практическая реализация предполагаемых других способов, или, в противном случае, опытная реализация не осуществляется.

 

После получения положительных результатов опытной эксплуатации дорог (расположенных в разных местностях), с реализацией каких-либо из вышеприведенных способов, возможно использование этих способов для широкого применения.

 

------------------------

 

Из всех перечисленных экологичных антигололедных способов, для дорог может использоваться один из способов в качестве основного или может использоваться комбинация этих способов на разных дорогах, в зависимости от практичности данных способов для каждой из дорог.

 

В результате реализации данной концепции предполагается делать дороги, подготовленные к борьбе с гололедом и выпадением снега - в любое время года. Зачастую случайное выпадение снега или длительные снегопады могут вызвать многочасовые автомобильные заторы в крупных городах, приводящие к значительным экономическим издержкам и реализация данной концепции может окупиться за счет минимизации таких экономических издержек.

 

Задача опытной практической реализации данной концепции может быть поставлена заинтересованными государственными организациями (ведомствами) для специализированных предприятий (организаций) или заинтересованные организации и предприятия могут реализовывать данную концепцию самостоятельно. Реализация данной концепции может приблизить решение проблемы - качества дорог, независимо от погодных факторов и времени года.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Опубликовано 31 марта 2010г.

 

 

Любое копирование и перепечатка данного материала, частичная или полная, включая переводы на различные национальные языки, в электронных и печатных изданиях допускается только после согласования с ООО “Кибермашина”.

 

 

 

 

 

 

 

 

ООО «КИБЕРМАШИНА»

 

 

 

 

 

Все права защищены и охраняются законом.

info@cybermashina.ru

ООО “Кибермашина”