CN102661965A - 路面用太阳光热环境综合室内模拟装置 - Google Patents

Abstract

路面用太阳光热环境综合室内模拟装置，涉及路面用太阳光热环境综合室内模拟装置。它为了解决现有室内太阳光热温控模拟装置自动化以及集成化程度低的问题。它的喷淋装置用于模拟下雨状态，使保温箱底部受雨均匀；光源通过可调整长度吊线固定在保温箱顶部中心位置；空气加湿系统用于调节保温箱内部空气湿度；空气湿度传感器和空气温度传感器分别用于检测保温箱内部空气湿度和空气温度；两个车辙试件凹槽对称分布位于保温箱底部，两个风扇均固定在保温箱的一个侧壁上，与两个车辙试件凹槽位置一一对应，排水孔位于车辙试件凹槽的底部中心位置。本发明对沥青混凝土路面与温度相关病害以及减少城市热岛效应等方向的研究无疑有很好的促进作用。

Description

路面用太阳光热环境综合室内模拟装置

技术领域

本发明涉及一种室内模拟装置，具体涉及路面用太阳光热环境综合室内模拟装置。

背景技术

截止2011年底，我国高速公路总里程已达8.5万公里，居世界第二。据统计，已建成的高速公路中，90％为沥青混凝土路面，较水泥混凝土路面而言，其具有噪声小、抗冲击、韧性好等优点。但是，沥青混凝土路面具有很强的吸热能力，在高温条件下稳定性降低很快，因此，沥青混凝土路面与高温相关的病害较为严重。夏季，在交通量大、重载比例大和经常变速的沥青混凝土路面上，车辙是最严重、危害性最大的破坏形式之一，据统计，每年85％的道路养护维修费用用于高温车辙的养护和维修。此外，黑色沥青路面吸热率大，路面温度极易升高并不断辐射热量加热周围大气，进一步加剧了城市热岛效应，影响了人居环境。

沥青混凝土路面车辙病害产生的原因主要包括两个方面：第一，是沥青混凝土路面的温度状况、沥青混合料温度稳定性等内部因素；第二，是气温条件、交通荷载等外部因素。外部因素往往无法人为控制，因此，只能通过改善内部因素，来控制和减轻沥青混凝土路面与温度相关病害的产生与发展。长期以来，国内外重点在提高沥青结合料与混合料的温度稳定性方面开展研究，提出了沥青改性、添加纤维、优化级配等技术措施，被动应对沥青混凝土路面使用过程中面临的环境温度变化，解决了一定时期、不同区域、不同条件下的一些具体工程技术问题，但是沥青混凝土路面与温度相关的病害仍然十分严重。

被动应对沥青混凝土环境温度变化方面传统方法的缺陷以及人们对城市热岛效应的重视，促使越来越多的新技术和新方法应用于沥青混凝土路面的降温措施之中，基于主动调节沥青路面的环境温度状况这一思路，科研工作者从不同角度，寻求降温对策。

20世纪80年代，欧洲国家研究了一种大孔隙排水沥青混凝土路面，该类路面空隙率为15-25％，中面层降温最大值为3℃，具有一定的降温效果；日本道路工作者于2002年研制了一种保水性铺装的新型沥青混凝土路面，在开级配沥青混合料的间隙中填充一种高吸水性的保水材料，当温度升高时，储藏的水分蒸发，带走热量，从而降低路面温度，该路面高温季节降温最大值为13.7℃，但由之带来的水损害现象十分严重；2008年，陈继松在同一种路面结构型式的路段进行了洒水降温研究，上面层最大降温值为5℃，但该方法的安全性以及对AC密级配和SMA路面的适用性尚待研究；长安大学的沙爱民于2010年采用了一种特殊石料代替部分或全部集料加入沥青混合料，可降低5℃并有效改善沥青混合料的高温稳定性，但该石料对沥青混凝土的水稳定性有一定的不良影响；自20世纪70年代，太阳热反射涂层技术就在美国、西欧及日本相继开始研究，80年代，其理论表述基本形成，90年代后期，随着技术的发展，高性能树脂的合成、高反射率颜料的发展以及更精确、更快捷检测仪器的研制成功使太阳热反射涂层技术更加完善，自20世纪90年代开始，太阳热反射涂层在我国的发展也呈现出方兴未艾之势；2009年，长安大学的马骉、武汉理工大学的胡曙光以及哈尔滨工业大学的谭忆秋就相继从不同角度开始了路面用潜热材料的制备及调温性能的研究，该方向独辟蹊径，将潜热类材料掺入沥青混合料，巧妙利用其相变调温特性对路面进行降温，降温幅度达8-10℃，但潜热材料的掺入对沥青混合料的路用性能有一定影响。然而现有技术对沥青混凝土路面光热环境的室内太阳光热温控模拟装置只能模拟太阳光而忽略太阳热，无法实现沥青混凝土路面热环境中对流传热，不能检测空气湿度，不能模拟降雨对沥青混凝土路的影响，以及不能实现沥青混凝土路面所受光热影响，不能对太阳模拟光源功率进行连续调节，存在自动化以及集成化程度低的问题。

发明内容

本发明为了解决现有室内太阳光热温控模拟装置无法实现沥青混凝土路面热环境中对流传热，忽略空气湿度及降雨对沥青混凝土路面温度的影响，，不能对太阳模拟光源功率进行连续调节，存在自动化以及集成化程度低的问题，提出了路面用太阳光热环境综合室内模拟装置。

本发明所述的路面用太阳光热环境综合室内模拟装置，它包括保温箱，它还包括喷淋装置、光源、空气加湿系统、空气湿度传感器、风扇、空气温度传感器、车辙试件凹槽和排水孔，

所述的喷淋装置、光源、空气加湿系统、空气湿度传感器、风扇、空气温度传感器、车辙试件凹槽和排水孔均位于保温箱的内部，

所述的喷淋装置位于保温箱8的顶部，该喷淋装置用于模拟下雨状态，使保温箱底部受雨均匀；

所述的光源通过可调整长度的吊线固定在保温箱的顶部中心位置，光源是功率可调的太阳模拟光源；

所述的空气加湿系统用于调节保温箱内部的空气湿度；

所述的空气湿度传感器用于测定保温箱内部的空气湿度；

所述的空气温度传感器用于测定保温箱内部的空气温度；

所述的两个车辙试件凹槽对称分布位于保温箱的底部，两个风扇均固定在保温箱的一个侧壁上，并且分别与两个车辙试件凹槽的位置一一对应；

所述的排水孔位于车辙试件凹槽的底部中心位置，用于排除车辙试件凹槽内部的水份。

本发明通过对喷淋装置、光源、空气加湿系统、空气湿度传感器、两个风扇、空气温度传感器和两个车辙试件凹槽的整合，实现了对沥青混凝土路面光热环境的有效模拟。利用该装置，可以实现对沥青混凝土路面温湿度场、人工洒水降温、太阳光热反射涂层以及潜热类材料的相变调温等方向的有效模拟和研究。这对控制沥青混凝土路面与温度相关病害以及减少城市热岛效应等方向的研究无疑有很好的促进作用。

附图说明

图1为路面用太阳光热环境综合室内模拟装置的结构示意图，图2为试验车辙试件的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一、结合图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的路面用太阳光热环境综合室内模拟装置，它包括保温箱8，它还包括喷淋装置1、光源2、空气加湿系统3、空气湿度传感器4、风扇5、空气温度传感器6、车辙试件凹槽7和排水孔10，

所述的喷淋装置1、光源2、空气加湿系统3、空气湿度传感器4、风扇5、空气温度传感器6、车辙试件凹槽7和排水孔10均位于保温箱8的内部，

所述的喷淋装置1位于保温箱8的顶部，该喷淋装置1用于模拟下雨状态或人工洒水状态，使保温箱8底部受雨均匀；

所述的光源2通过可调整长度的吊线固定在保温箱8的顶部中心位置，光源2是功率可调的太阳模拟光源；

所述的空气加湿系统3用于调节保温箱8内部的空气湿度；

所述的空气湿度传感器4用于测定保温箱8内部的空气湿度；

所述的空气温度传感器6用于测定保温箱8内部的空气温度；

所述的两个车辙试件凹槽7对称分布位于保温箱8的底部，两个风扇5均固定在保温箱8的一个侧壁上，并且分别与两个车辙试件凹槽7的位置一一对应；

所述的排水孔10位于车辙试件凹槽7的底部中心位置，用于排除车辙试件凹槽内部的水份。

光源功率任意可调，这样可以模拟不同天气和每天不同时间段沥青混凝土路面所受太阳光。沥青混合料车辙试件凹槽为成对称分布，太阳模拟光源放置于对称中心的位置，上下可以任意升降，这样可以保证沥青混凝土路面车辙试件所受太阳光环境相同。空气加湿系统、湿度测量系统以及模拟降雨或人工洒水的喷淋装置主要是模拟不同湿度条件下沥青混凝土路面的温度变化。角度可旋转和风速大小可调风扇可以有效模拟沥青混凝土路面热辐射中的空气对流辐射。

本发明针对沥青混凝土路面所处不同光热环境中的各种影响因素，通过对各个系统的整合，达到了对沥青混凝土路面光热环境的有效模拟。利用该装置，可以实现对沥青混凝土路面温湿度场、人工洒水降温、太阳光热反射涂层以及潜热类材料的相变调温等方向的有效模拟和研究。这对控制沥青混凝土路面与温度相关病害以及减少城市热岛效应等方向的研究无疑有很好的促进作用。

具体实施方式二、本实施方式与具体实施方式一所述的路面用太阳光热环境综合室内模拟装置的区别在于，它还包括试验车辙试件11和对照车辙试件，所述的试验车辙试件11和对照车辙试件的外形相同，均与车辙试件凹槽7的形状相适应，试验车辙试件11和对照车辙试件分别嵌入在两个车辙试件凹槽7内。

具体实施方式三、本实施方式与具体实施方式二所述的路面用太阳光热环境综合室内模拟装置的区别在于，试验车辙试件11是，试验车辙试件11和对照车辙试件的材料均为沥青混凝土。试验车辙试件11和对照车辙试件的表面均用记号笔分成了四等份，便于找每一部分的中心。

具体实施方式四、结合图2具体说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式三所述的路面用太阳光热环境综合室内模拟装置的区别在于，它还包括多个车辙试件温度传感器9，试验车辙试件11的内部均匀分布埋设有多个车辙试件温度传感器9，用于测定试验车辙试件11的内部温度；对照车辙试件的内部均匀分布埋设有多个车辙试件温度传感器9，用于测定对照车辙试件的内部温度。

具体实施方式五、本实施方式与具体实施方式四所述的路面用太阳光热环境综合室内模拟装置的区别在于，每个车辙试件温度传感器9的埋深在车辙试件厚度的四分之一到四分之三之间。

车辙试件温度传感器可以实时测定车辙试件整体温度变化，从而可以有效评估不同降温措施条件下车辙试件内部温度变化情况。

具体实施方式六、本实施方式与具体实施方式一所述的路面用太阳光热环境综合室内模拟装置的区别在于，保温箱8采用双层挤塑苯板，接缝处采用发泡胶填充。保证了保温箱内部密实保温，避免了外界因素对数据采集的影响。

具体实施方式七、本实施方式与具体实施方式一或二的区别在于，两个车辙试件凹槽7对称位于光源2的两侧。使两个车辙试件凹槽7均匀光照。

具体实施方式八、本实施方式与具体实施方式一或二的区别在于，所述的空气加湿系统3位于风扇5的一侧内壁上，与两个车辙试件凹槽7的对称线相对应。用于更准确调节保温箱内部的空气湿度。

具体实施方式九、本实施方式与具体实施方式一或二的区别在于，所述的空气湿度传感器4位于风扇5的一侧内壁上，与两个车辙试件凹槽7的对称线相对应。用于更准确的测定保温箱内部的空气湿度。

具体实施方式十、本实施方式与具体实施方式九的区别在于，所述的光源2是氙灯、卤素灯、镝灯和碘钨灯中的一种。因为上述光源相比其他光源，其光谱与真实太阳光光谱比较接近。

Claims (10)

1.路面用太阳光热环境综合室内模拟装置，它包括保温箱(8)，其特征在于：它还包括喷淋装置(1)、光源(2)、空气加湿系统(3)、空气湿度传感器(4)、风扇(5)、空气温度传感器(6)、车辙试件凹槽(7)和排水孔(10)，

所述的喷淋装置(1)、光源(2)、空气加湿系统(3)、空气湿度传感器(4)、风扇(5)、空气温度传感器(6)、车辙试件凹槽(7)和排水孔(10)均位于保温箱(8)的内部，

所述的喷淋装置(1)位于保温箱(8)的顶部，该喷淋装置(1)用于模拟下雨状态，使保温箱(8)底部受雨均匀；

所述的光源(2)通过可调整长度的吊线固定在保温箱(8)的顶部中心位置，光源(2)是功率可调的太阳模拟光源；

所述的空气加湿系统(3)用于调节保温箱(8)内部的空气湿度；

所述的空气湿度传感器(4)用于测定保温箱(8)内部的空气湿度；

所述的空气温度传感器(6)用于测定保温箱(8)内部的空气温度；

所述的两个车辙试件凹槽(7)对称分布位于保温箱(8)的底部，两个风扇(5)均固定在保温箱(8)的一个侧壁上，并且分别与两个车辙试件凹槽(7)的位置一一对应；

所述的排水孔(10)位于车辙试件凹槽(7)的底部中心位置，用于排除车辙试件凹槽内部的水份。

2.根据权利要求1所述的路面用太阳光热环境综合室内模拟装置，其特征在于，它还包括试验车辙试件(11)和对照车辙试件，所述的试验车辙试件(11)和对照车辙试件的外形相同，均与车辙试件凹槽(7)的形状相适应，试验车辙试件(11)和对照车辙试件分别嵌入在两个车辙试件凹槽(7)内。

3.根据权利要求2所述的路面用太阳光热环境综合室内模拟装置，其特征在于，试验车辙试件(11)和对照车辙试件的材料均为沥青混凝土。

4.根据权利要求3所述的路面用太阳光热环境综合室内模拟装置，其特征在于，它还包括多个车辙试件温度传感器(9)，试验车辙试件(11)的内部均匀分布埋设有多个车辙试件温度传感器(9)，用于测定试验车辙试件(11)的内部温度；对照车辙试件的内部均匀分布埋设有多个车辙试件温度传感器(9)，用于测定对照车辙试件的内部温度。

5.根据权利要求4所述的路面用太阳光热环境综合室内模拟装置，其特征在于，每个车辙试件温度传感器(9)的埋深在车辙试件厚度的四分之一到四分之三之间。

6.根据权利要求1所述的路面用太阳光热环境综合室内模拟装置，其特征在于，保温箱(8)采用双层挤塑苯板，接缝处采用发泡胶填充。

7.根据权利要求1或2所述的路面用太阳光热环境综合室内模拟装置，其特征在于，两个车辙试件凹槽(7)对称位于光源(2)的两侧。

8.根据权利要求1或2所述的路面用太阳光热环境综合室内模拟装置，其特征在于，所述的空气湿度传感器(4)位于风扇(5)的一侧内壁上，与两个车辙试件凹槽(7)的对称线相对应。

9.根据权利要求1或2所述的路面用太阳光热环境综合室内模拟装置，其特征在于，所述的空气湿度传感器(4)位于风扇(5)的一侧内壁上，与两个车辙试件凹槽(7)的对称线相对应。

10.根据权利要求9所述的路面用太阳光热环境综合室内模拟装置，其特征在于，所述的光源(2)是氙灯、卤素灯、镝灯和碘钨灯中的一种。

Images