夏熱冬用

王勇祺 李超凡 董宇 范明秋 劉芷宏

摘要：本作品旨在利用一種新型材料設(shè)計一種既能降低因夏季陽光暴曬對柏油路的傷害，又能在冬季自動放熱融化冰雪以此來減少因路滑制動失靈而導(dǎo)致交通事故的新型路面。我們設(shè)計在柏油路面表層下增加一層由碳納米管化合物組成的成型材料塊，使材料塊和相應(yīng)催化劑間隔排列，在夏季時材料塊不斷吸取路面熱量使路表溫度降低保護路面;冬季釋放能量融化路面冰雪，保持路面溫度基本恒溫，減小因熱脹冷縮對路面破壞。

關(guān)鍵字：二釕富瓦烯;道路交通;單片機控制

引言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，瀝青已經(jīng)成為中國高等級公路路面和城市道路路面采用的主要材料。但由于瀝青路面長期暴露在自然環(huán)境中，受各種自然因素的反復(fù)作用，其溫度傳導(dǎo)和分布無論在空間上還是時間上都存在一定的復(fù)雜性，且瀝青材料對溫度較為敏感，在溫度升高時易出現(xiàn)車轍等高溫病害，嚴(yán)重影響路面的使用性能和使用壽命。

另外，在冬季冰雪季節(jié)，我國北部和中西部山區(qū)道路的積雪與結(jié)冰給通行車輛帶來了極大的安全隱患。目前國內(nèi)外對路面積雪結(jié)冰的處理，主要有外部除冰雪技術(shù)和內(nèi)部除冰雪技術(shù)兩大類。外部除冰雪技術(shù)有撒融雪劑、人工清除法和機械清除法等;內(nèi)部除冰雪技術(shù)包括：熱力融冰雪技術(shù)、摻加鹽化物技術(shù)和抑制凍結(jié)鋪裝技術(shù)。

1.設(shè)計原理

1.1 靈感來源

目前夏季的柏油路面溫度如此高，不僅會對路面造成很大傷害，而且由于熱輻射，熱對流等傳熱方式使周圍溫度更加高，對居民是一個考驗，對輪胎也是一個考驗。那我們怎樣才能降低路面溫度呢？或者能不能將這無窮的熱量收集起來呢？

1.2 設(shè)計思路

基于現(xiàn)有道路工程界存在的問題，我們團隊思考這樣一個問題：夏季的路面溫度那么高，讓它直接蒸發(fā)到空氣中既會使周圍環(huán)境溫度升高，又是一種能量的浪費。而冬天融化冰雪又需要大量熱量，那我們是否可以讓夏季冬季的問題互補一下，即把夏季從柏油路面收集來的熱量存儲起來用于冬季融化冰雪？

1.3技術(shù)關(guān)鍵

首先介紹一種材料——二釕富瓦烯分子。它在被陽光照射受到高溫情況下時，內(nèi)部結(jié)構(gòu)會發(fā)生改變并將熱量存儲起來，形成一種亞穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。當(dāng)需要時，這些熱量又能在特定催化劑的作用下被釋放出來，同時其分子也會恢復(fù)為放熱前的形態(tài)。這一過程可以不斷重復(fù)。

1.4 方案實施

我們的設(shè)計方案如下：在柏油路面表層下增加一層由碳納米管化合物組成的成型材料塊，使材料快和相應(yīng)催化劑間隔排列，之間通過一定數(shù)量的連通孔進行連通，連通孔的開合（即催化劑是否流通）由單片機控制。在夏季時連通孔處于常閉狀態(tài)，材料塊不斷吸取路面熱量使路表溫度降低保護路面，同時盡可能抑制由于熱輻射而導(dǎo)致的周圍環(huán)境溫度提高;當(dāng)溫度探頭檢測到溫度低于某個設(shè)定值時，控制連通孔打開，材料塊在催化劑的作用下釋放熱量，可以融化路面冰雪，同時保持路面溫度基本恒溫，減小因熱脹冷縮對路面的破壞。

2. 創(chuàng)新特色

2.1相較于國內(nèi)外目前正在研究的利用摻雜融化冰雪材料，我們設(shè)計的新型路面具有溫控系統(tǒng)，在冬季可以基本實現(xiàn)路面恒溫。換言之，我們可以實現(xiàn)路面持續(xù)不結(jié)冰。

2.2相較于利用熱泵運送熱量來實現(xiàn)熱力融化冰雪技術(shù)，其耗能大，工藝復(fù)雜，費用髙，且此項技術(shù)對瀝青路面材料、結(jié)構(gòu)和施工都有特殊要求，而我們設(shè)計的新型路面將材料模型化，比較方便，且可以實現(xiàn)按需儲熱放熱，重復(fù)利用，耗能少。

3. 結(jié)束語

在柏油公路橫縱大江南北的時代，我們要盡可能減少道路破壞量，降低翻修率，所以道路的保養(yǎng)顯得很重要。我們設(shè)計的新型道路既能在夏季降低溫度保護路面，又能將其收集的熱量用于冬季融化冰雪，減少因路滑而致的交通事故，可謂一舉兩得。

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作者簡介：王勇祺，男，河南省鄭州市中原區(qū)，河南理工大學(xué)，學(xué)生，大學(xué)本科，研究方向：能源與動力工程、計算機視覺。