人行横道融雪化冰系统和人行横道融雪化冰的控制方法与流程

本发明属于道桥施工技术领域，具体涉及一种人行横道融雪化冰系统和人行横道融雪化冰的控制方法。

背景技术：

人行横道一般设置在人流稠密、车流量大的地方。在冬季雨雪天气，经常出现积雪结冰现象，对行人通行造成不便。

目前，目前我国针对人行横道积雪结冰问题，普遍采用人力清除法、机械清除法、融雪剂法和融化法。人力清除法和机械清除法行动滞后、操作效率低。融雪剂法操作效率低、操作覆盖面小、花费高，还会导致环境污染、土壤盐碱化、减少路面使用年限等问题。融化法包括导电混凝土法、循环热流法、红外加热法。导电混凝土法的导电性能较差、混凝土强度较低、造价较高。循环热流法安装复杂施工难度大成本高，而且操作费用高。红外加热法升温迟缓，热效率低。因此，有必要对于人行横道积雪结冰方案进行改进，在节能环保的前提下解决人行横道融雪化冰问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种人行横道融雪化冰系统，解决现有技术中人行横道融雪化冰能源耗费大、融雪化冰效率低的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供一种人行横道融雪化冰系统，通过加热人行横道路面融化所述人行横道路面冰雪，包括发热装置和控制装置，所述发热装置包括导热层、石墨烯膜、碳纤维发热电缆和隔热板；所述导热层填实于所述发热装置上部，所述导热层上表面作为人行横道路面，所述隔热板设置于所述发热装置底部和四周，所述隔热板具有凹槽，所述凹槽开口朝向地表，所述碳纤维发热电缆设置于所述凹槽内，所述碳纤维发热电缆具有电源开关，所述石墨烯膜铺设在所述碳纤维发热电缆和所述导热层之间，所述石墨烯膜分别与所述碳纤维发热电缆和所述导热层相接触。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：所述发热装置包括导热层、石墨烯膜、碳纤维发热电缆和隔热板，所述导热层上表面能够作为人行横道路面，并能将所述碳纤维发热电缆产生的热量有效传递给人行横道路面，所述隔热板在所述碳纤维发热电缆工作时阻止热量向下和向四周传递，所述石墨烯膜能够将所述碳纤维发热电缆产生的热量均匀传递给所述导热层，有利于降低融雪化冰的能源消耗，有利于提高融雪化冰的效率。

优选的，所述发热装置还包括玻璃纤维土工格栅，所述玻璃纤维土工格栅紧贴铺设在所述凹槽内，所述碳纤维发热电缆固定在所述玻璃纤维土工格栅上。

优选的，所述导热层是石墨掺量质量分数为17％的sma-13沥青混凝土。

优选的，所述人行横道融雪化冰系统包含至少两根不同规格的碳纤维发热电缆，各根所述碳纤维发热电缆均采用连续u型布置，各根所述碳纤维发热电缆相互平行，各根所述碳纤维发热电缆分别具有独立的电源开关。

优选的，所述碳纤维发热电缆设置于所述人行横道路面下5cm处。

优选的，所述控制装置包括路表监控模块、气象监控模块和控制模块；

所述控制模块包括综合分析控制单元和信号接收器，所述综合分析控制单元与所述信号接收器通讯连接；

所述路表监控模块包括路表温度传感器、路表冰雪探测传感器和路表信号采集发送器，所述路表温度传感器和路表冰雪探测传感器设置于所述导热层上表面，所述路表温度传感器和路表冰雪探测传感器分别与所述路表信号采集发送器通讯连接，所述路表信号采集发送器与所述信号接收器通讯连接；

所述气象监控模块包括环境温湿度传感器、风向风速传感器、大气压力传感器、太阳辐射传感器、降水量传感器和气象信号采集发送器，所述气象监控模块设置于所述人行横道旁，所述环境温湿度传感器、风向风速传感器、大气压力传感器、太阳辐射传感器、降水量传感器分别与所述气象信号采集发送器通讯连接，所述气象信号采集发送器与所述信号接收器通讯连接。

优选的，所述控制模块还包括调压器。

本发明提供一种人行横道融雪化冰的控制方法，通过加热人行横道路面融化人行横道路面冰雪，包括以下步骤：

步骤1，探测所述人行横道路面冰雪厚度和所述人行横道路面温度；

步骤2，判断是否加热所述人行横道路面，当所述人行横道路面冰雪厚度大于0、且所述人行横道路面的温度低于2℃时，加热所述人行横道路面，否则不加热所述人行横道路面并重复步骤1；

步骤3，持续加热人行横道路面，直至当所述人行横道路面冰雪厚度为0、或所述人行横道路面的温度高于3℃时，停止加热所述人行横道路面，重复步骤1。

优选的，至少通过第一规格碳纤维发热电缆和第二规格碳纤维发热电缆加热人行横道路面融化所述人行横道路面冰雪；在所述步骤3中，探测所述人行横道周围环境温度和人行横道路面温度，当所述人行横道周围环境温度在第一温度区间时、或当所述第二规格碳纤维发热电缆发热功率调至最小、所述人行横道路面温度仍高于3℃时，开启第一规格碳纤维发热电缆，关闭其他规格碳纤维发热电缆，调节发热功率，使所述人行横道路面温度保持在2℃～3℃，当所述第一规格碳纤维发热电缆发热功率调至最小，所述人行横道路面温度仍高于3℃时，关闭所述第一规格碳纤维发热电缆，重复所述步骤1；当所述人行横道周围环境温度在第二温度区间时、或当所述第一规格碳纤维发热电缆发热功率调至最大、所述人行横道路面温度仍低于2℃时，开启第二规格碳纤维发热电缆，关闭其他规格碳纤维发热电缆，调节发热功率，使所述人行横道路面温度保持在2℃～3℃。

优选的，在所述步骤2中，当所述人行横道路面冰雪厚度为0、或所述人行横道路面的温度不低于2℃时，分析所述人行横道路面处天气趋势，根据所述天气趋势判断所述人行横道路面处未来二至四小时内是否有降雪；若无降雪，重复步骤1；若有降雪，对所述人行横道路面预加热，直至所述人行横道路面冰雪厚度大于0，停止预加热所述人行横道路面，重复步骤1。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中人行横道融雪化冰系统的结构示意图；

图2为本发明实施例中发热装置的结构示意图；

图3为本发明实施例中碳纤维发热电缆布置方式示意图；

图4为本发明实施例中人行横道融雪化冰系统在人行横道上布置示意图；

图5为本发明实施例中人行横道融雪化冰控制方法流程图；

图6为本发明实施例中结合多规格碳纤维发热电缆的控制方法的流程图；

图7为本发明实施例中结合预测天气趋势的人行横道融雪化冰控制方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，和本发明提供一种人行横道融雪化冰系统，通过加热人行横道路面融化所述人行横道路面冰雪，包括发热装置1和控制装置2，如图2所示，所述发热装置1包括导热层11、石墨烯膜12、碳纤维发热电缆13和隔热板14。

所述隔热板14设置于所述发热装置1底部和四周，所述隔热板14具有凹槽141，所述凹槽141开口朝向地表，所述隔热板14用于所述碳纤维发热电缆13工作时阻止热量向下和向四周传递。

所述碳纤维发热电缆13设置于所述凹槽141内，所述碳纤维发热电缆13具有电源开关131，所述电源开关131用于控制所述碳纤维发热电缆13的开启和关闭，所述碳纤维发热电缆13开启后能够产生热量，加热人行横道路面。

所述导热层11填实于所述发热装置1上部，所述导热层11上表面作为人行横道路面，所述导热层11将所述碳纤维发热电缆13产生的热量传到至所述人行横道路面。

所述石墨烯膜12铺设在所述碳纤维发热电缆13和所述导热层11之间，所述石墨烯膜12分别与所述碳纤维发热电缆13和所述导热层11相接触，所述石墨烯膜12用于将所述碳纤维发热电缆13产生的热量均匀传递给所述导热层11。

一些实施例中，如图4所示，所述发热装置1宽度优选为1.5m，长度为人行横道跨度长，所述发热装置1埋设在人行横道的左右两侧。

一些实施例中，所述隔热板14采用绝热用挤塑聚苯乙烯泡沫塑料(xps)制成。

具体的，所述碳纤维发热电缆13设置于所述人行横道路面下5cm处。

具体的，所述发热装置1还包括玻璃纤维土工格栅15，所述玻璃纤维土工格栅15紧贴铺设在所述凹槽141内，所述碳纤维发热电缆13固定在所述玻璃纤维土工格栅15上，所述玻璃纤维土工格栅15能够防止施工时所述碳纤维发热电缆13位置偏移。

具体的，所述导热层11是石墨掺量质量分数为17％的sma-13沥青混凝土。

具体的，所述人行横道融雪化冰系统包含至少两根不同规格的碳纤维发热电缆13；例如，所述不同规格的碳纤维发热电缆13分别为36k碳纤维发热电缆和60k碳纤维发热电缆，或36k碳纤维发热电缆、48k碳纤维发热电缆和60k碳纤维发热电缆，所述36k碳纤维发热电缆指每根碳纤维发热电缆中有36000根碳纤维单丝，其它规格同理。如图3所示，各根所述碳纤维发热电缆13均采用连续u型布置，相邻u型臂间距优选为9cm，各根所述碳纤维发热电缆13相互平行，各根所述碳纤维发热电缆13间距优选为2cm。各根所述碳纤维发热电缆13分别具有独立的电源开关131，独立控制各根所述碳纤维发热电缆13的开启和关闭。

具体的，如图1所示，所述控制装置2包括控制模块21、路表监控模块22和气象监控模块23。

所述控制模块21包括综合分析控制单元211和信号接收器212，所述综合分析控制单元211与所述信号接收器212通讯连接，所述信号接收器212将接收到的信息传递给所述综合分析控制单元211，所述综合分析控制单元211能够根据接收到的信息分析并判断是否开启所述发热装置1，以及是否开启所述碳纤维发热电缆13，所述电源开关131与所述控制模块21通讯连接。

所述路表监控模块22包括路表温度传感器221、路表冰雪探测传感器222和路表信号采集发送器223，所述路表温度传感器221和路表冰雪探测传感器222设置于所述导热层11上表面，一些实施例中，沿人行横道跨度方向每隔5m布设一个所述路表温度传感器221和所述路表冰雪探测传感器222；一些实施例中，所述路表温度传感器221和路表冰雪探测传感器222喷涂有防滑涂料；所述路表温度传感器221用于探测所述人行横道路面温度，所述路表冰雪探测传感器222用于探测所述人行横道路面冰雪厚度，所述路表温度传感器221和路表冰雪探测传感器222分别与所述路表信号采集发送器223通讯连接，所述所述路表温度传感器221和路表冰雪探测传感器222分别将探测到的信息传递给所述路表信号采集发送器223，所述路表信号采集发送器223与所述信号接收器212通讯连接，所述路表信号采集发送器223将接收到的信息传递给所述信号接收器212。

所述气象监控模块23包括环境温湿度传感器231、风向风速传感器232、大气压力传感器233、太阳辐射传感器234、降水量传感器235和气象信号采集发送器236，所述气象监控模块23设置于所述人行横道旁，一些实施例中，所述气象监控模块23设置于小型气象站内；所述环境温湿度传感器231、风向风速传感器232、大气压力传感器233、太阳辐射传感器234以及降水量传感器235分别探测所述人行横道路面周围环境的温度和湿度、风向和风速、大气压力、太阳辐射以及降水量，所述环境温湿度传感器231、风向风速传感器232、大气压力传感器233、太阳辐射传感器234、降水量传感器235分别与所述气象信号采集发送器236通讯连接，所述气象监控模块23设置于小型气象站内；所述环境温湿度传感器231、风向风速传感器232、大气压力传感器233、太阳辐射传感器234和降水量传感器235分别将探测到的信息传递给所述气象信号采集发送器236，所述气象信号采集发送器236与所述信号接收器212通讯连接，所述气象信号采集发送器236将接收到的信息传递给所述信号接收器212。所述综合分析控制单元211能够根据所述气象信号采集发送器236发送来的信息分析所述人行横道路面处的天气趋势，进而能够预测未来二至四小时内是否有降雪发生，从而判断是否需要对人行横道路面预加热。

具体的，所述控制模块21还包括调压器213，所述调压器213与所述综合分析控制单元211通讯连接，所述综合分析控制单元211能够通过所述调压器213调节输入所述碳纤维发热电缆13的电压，进而调节所述碳纤维发热电缆13的发热功率，从而调节所述发热装置1加热所述人行横道路面的发热功率。

本发明提供一种人行横道融雪化冰的控制方法，通过加热人行横道路面融化人行横道路面冰雪，如图5所示，包括以下步骤：

步骤1，探测所述人行横道路面冰雪厚度和所述人行横道路面温度；

步骤2，判断是否加热所述人行横道路面，当所述人行横道路面冰雪厚度大于0、且所述人行横道路面的温度低于2℃时，加热所述人行横道路面，否则不加热所述人行横道路面并重复步骤1；

步骤3，持续加热人行横道路面，直至当所述人行横道路面冰雪厚度为0、或所述人行横道路面的温度高于3℃时，停止加热所述人行横道路面，重复步骤1。

具体的，至少通过第一规格碳纤维发热电缆和第二规格碳纤维发热电缆加热人行横道路面融化所述人行横道路面冰雪。

例如，通过36k碳纤维发热电缆和60k碳纤维发热电缆加热人行横道路面。在所述步骤3中，探测所述人行横道周围环境温度和所述人行横道路面温度，当所述人行横道周围环境温度在-5℃以上时、或当所述60k碳纤维发热电缆发热功率调至最小、所述人行横道路面温度仍高于3℃时，开启36k碳纤维发热电缆，关闭60k碳纤维发热电缆，调节发热功率，使所述人行横道路面温度保持在2℃～3℃；当所述36k碳纤维发热电缆发热功率调至最小，所述人行横道路面温度仍高于3℃时，关闭所述36k碳纤维发热电缆，重复所述步骤1；当所述人行横道周围环境温度在-5℃以下时、或当所述36k碳纤维发热电缆发热功率调至最大、所述人行横道路面温度仍低于2℃时，开启60k碳纤维发热电缆，关闭36k碳纤维发热电缆，调节发热功率，使所述人行横道路面温度保持在2℃～3℃。

例如，通过36k碳纤维发热电缆、48k碳纤维发热电缆和60k碳纤维发热电缆加热人行横道路面。如图6所示，在所述步骤3中，探测所述人行横道周围环境温度和所述人行横道路面温度，当所述人行横道周围环境温度在-5℃以上时、或当所述48k碳纤维发热电缆发热功率调至最小、所述人行横道路面温度仍高于3℃时，开启36k碳纤维发热电缆，关闭48k碳纤维发热电缆和60k碳纤维发热电缆，调节发热功率，使所述人行横道路面温度保持在2℃～3℃；当所述36k碳纤维发热电缆发热功率调至最小，所述人行横道路面温度仍高于3℃时，关闭所述36k碳纤维发热电缆，重复所述步骤1；当所述人行横道周围环境温度在-5℃至-10℃时、或当所述36k碳纤维发热电缆发热功率调至最大、所述人行横道路面温度仍低于2℃时、或当所述60k碳纤维发热电缆发热功率调至最小、所述人行横道路面温度仍高于3℃时，开启48k碳纤维发热电缆，关闭36k碳纤维发热电缆和60k碳纤维发热电缆，调节发热功率，使所述人行横道路面温度保持在2℃～3℃；当所述人行横道周围环境温度在-15℃以下时、或当所述48k碳纤维发热电缆发热功率调至最大、所述人行横道路面温度仍低于2℃时，开启60k碳纤维发热电缆，关闭36k碳纤维发热电缆和48k碳纤维发热电缆，调节发热功率，使所述人行横道路面温度保持在2℃～3℃。

其它实施例中，还可通过更多规格碳纤维发热电缆加热人行横道路面融化所述人行横道路面冰雪，控制方法以此类推。

具体的，如图7所示，在所述步骤2中，当所述人行横道路面冰雪厚度为0、或所述人行横道路面的温度不低于2℃时，分析所述人行横道路面处天气趋势，根据所述天气趋势判断所述人行横道路面处未来二至四小时内是否有降雪，例如，通过收集所述人行横道路面周围环境的温度和湿度、风向和风速、大气压力、太阳辐射以及降水量分析和判断所述人行横道路面处天气趋势；若无降雪，重复步骤1；若有降雪，可采用任意一种规格的碳纤维发热电缆对所述人行横道路面预加热，优选采用发热功率最高的碳纤维发热电缆预加热，直至开始降雪，即所述人行横道路面冰雪厚度大于0时，停止预加热所述人行横道路面，重复步骤1，使降雪时冰雪落到人行横道路表可立即融化，使得人行横道路表始终没有冰雪。

上面对本发明的各种实施方式的描述以描述的目的提供给本领域技术人员。其不旨在是穷举的、或者不旨在将本发明限制于单个公开的实施方式。如上所述，本发明的各种替代和变化对于上述技术所属领域技术人员而言将是显而易见的。因此，虽然已经具体讨论了一些另选的实施方式，但是其它实施方式将是显而易见的，或者本领域技术人员相对容易得出。本发明旨在包括在此已经讨论过的本发明的所有替代、修改和变化，以及落在上述申请的精神和范围内的其它实施方式。

虽然通过实施方式描绘了本发明，本领域普通技术人员知道，本发明有许多变形和变化而不脱离本发明的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本发明的精神。