XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

В настоящее время на территории города Сергиев Посад проживает около 104 579 человек. Существует ряд экологических проблем, а также сложности в транспортной сфере, включающие заторы и недостаток парковочных мест. Велосипедная инфраструктура может помочь разгрузить транспортную инфраструктуру города круглогодично. Как следствие, уменьшится количество выбрасываемых автомобилями в воздух загрязняющих веществ. Тем самым улучшится экологическая обстановка в городе. Не менее важным фактором является и то, что пользование велосипедом положительно влияет на здоровье людей.

При правильной трассировке велосипедных маршрутов можно обеспечить связность и доступность территории города. Это также положительным образом скажется на развитии местной торговли, туризма и поможет некоторым компаниям быстрее осуществлять доставку своей продукции.

Велосипедисты – это отдельные участники дорожного движения со своими специфическими потребностями. Это означает, что на дороге им нужно выделить отдельное пространство. Безопасность – это один из главных факторов, влияющих на комфорт круглогодичной эксплуатации велосипеда. В зимнее время года дороги на территории России покрываются снегом и льдом, и поездки на велосипеде становятся особенно опасными. Борьба с гололёдом при помощи различных химических реагентов экономически затратна и экологически вредна. Альтернативой химических реагентов является подогрев поверхности велодорожки. Подобная система, построенная компанией Easypath, проходит опытную эксплуатацию в городе Wageningen (Нидерланды) [1]. Система обогрева 50-метровой опытной велодорожки предназначена для предупреждения обледенения, а также быстрого осушения в период оттепели. В качестве источника энергии используют накопленное летом и запасаемое в подземных (расположенных на глубине 150 м) резервуарах тепло, которое извлекается зимой для обогрева велодорожки. Температура поверхности велодорожки поддерживается на уровне +5°С, чего достаточно для предотвращения образования льда не её поверхности. Для привода насоса используется фотоэлектрическая установка, что обеспечивает энергонейтральность системы. Подогрев велодорожки включается периодически после первичной механической уборки снега с её поверхности. Строительство подогреваемой велодорожки обошлось вдвое дороже обычной (от 25 до 50 тыс. долларов за километр), однако эта велодорожка остаётся чистой от снега и льда в любую погоду, устраняется необходимость применения хлоридов и безопасность круглогодичной веломобильности населения повышается.

Во многих странах уже давно практикуют геотермальный обогрев зданий, и его популярность всё больше растёт. Геотермальное тепло можно использовать и для обогрева поверхности велодорожки. Если обыкновенное дорожное полотно велодорожки состоит из трех слоев: песок, щебень и асфальт, то при строительстве теплых велосипедных дорожек укладывается четвертый слой. Это система трубопроводов для эксплуатации в холодный период года.

Гидравлическая схема подогрева велодорожки за счёт использования теплового насоса показана на рис. 1 [4].

Ключевым устройством для обогрева велодорожки геотермальной энергией является тепловой насос и обеспечивающее его работу оборудование. Данное устройство может концентрировать низкопотенциальную энергию Земли в высокопотенциальную тепловую энергию. Температура грунта в средних широтах на глубине 15 метров имеет одинаковую температуру, как в летний, так и в зимний период + 10° С [2]. Низкотемпературный источник (ИНТ), в роли которого выступает относительно тёплый грунт, нагревается через теплообменник 6. В испарителе 3 находится хладагент, в качестве которого обычно выступает хладон R-410A, закипает при температуре –10…+5°C. Парообразный хладагент всасывается специальным насосом компрессорного типа и сжимается с увеличением температуры до 35…85°С. Далее тепло, переданное хладагенту на более высоком уровне, переносится к конденсатору 4, откуда через теплообменник 8 поступает к потребителю (ПВТ), в роли которого выступает трубопровод, проложенный под поверхностью велодорожки. Для аккумулирования и передачи тепла применяют незамерзающий теплоноситель типа этиленгликоля или раствора биоэтанола. Хладагент, проходя через теплообменник, отдаёт энергию для обогрева велодорожки, при этом остывая и конденсируясь в жидкое агрегатное состояние. После чего хладагент проходит через дроссельный клапан 7, где за счёт увеличения объёма происходит его испарение. При этом температура хладагента снижается и он через теплообменник 6 охлаждает и теплоноситель со стороны ИНТ. Проходя через теплообменник, расположенный в земле на глубине 15 м, теплоноситель опять нагревается. После чего цикл повторяется. При осуществлении данного цикла тепловой насос, потребляя всего 1 кВт электроэнергии, способен отдать в 4…5 раз больше тепловой энергии [3].

К преимуществам геотермального обогрева велодорожки относятся:

безопасность;

экологичность;

продолжительный срок службы;

функционирование осуществляется автоматически;

отказ от использования хлоридов.

Велосипедная инфраструктура Сергиева Посада только начинает развиваться, составляются велосипедные маршруты, строятся велопарковки, появляются пункты велопроката, организуются соревнования или своего рода массовые заезды на велосипедах. Предложенная в статье идея зимнего содержания велоинфраструктуры позволит повысить её безопасность и комфортность.

Список литературы

Dürr B. The Netherlands tests heated cycle lanes. URL: https://p.dw.com/p/1HbI3 Дата обращения: 11.02.2020.

Экономим с энергией земли. URL: http://www.energoinform.org/professionals/ ekonomim-s-energiey-zemli.aspx Дата обращения: 11.02.2020.

От чего зависит эффективность теплового насоса? URL: http://alternative-heating.ru Дата обращения: 11.02.2020.

Бондарь Е.С. Тепловые насосы. Расчет, выбор, монтаж. Журнал СОК №8. 2009. URL: https://www.c-o-k.ru/articles/teplovye-nasosy-raschet-vybor-montazh Дата обращения: 11.02.2020.

Дытнерский Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию 2-е изд., перераб. и дополн. — М.: Химия, 1991. — 496 с.