一种多年冻土区公路路基雨水回收降温系统及工作方法

本发明涉及多年冻土路基雨水利用及降温，特别是涉及一种多年冻土区公路路基雨水回收降温系统及工作方法。

背景技术：

1、多年冻土区作为地球上一个特殊的地质环境，其复杂的冻融循环对公路建设和维护构成了巨大的挑战。在这一地区，公路路基的稳定性直接关系到交通的安全与畅通。传统的路基处理方法多侧重于结构加固和材料改良，缺少如何有效利用环境因素，特别是雨水资源，进行路基的主动保护和控制。

2、近年来，随着资源循环利用和绿色交通理念的深入人心，雨水资源的再利用逐渐成为研究的新热点。雨水作为一种天然资源，在多年冻土区不仅具有潜在的灌溉、补给地下水等价值，更有可能成为路基降温的有效手段。通过合理利用雨水，不仅可以降低路基温度，减少冻融循环对路基的破坏，还能在一定程度上减轻能源消耗和环境污染。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种多年冻土区公路路基雨水回收降温系统。

2、本发明的另一目的在于提供上述系统的工作方法。

3、为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

4、一种多年冻土区公路路基雨水回收及降温系统，包括雨水收集循环子系统、降温子系统和控制子系统，所述雨水收集循环子系统与降温子系统连通，所述控制子系统控制雨水收集循环子系统将雨水输送至降温子系统，通过降温子系统对公路进行降温；

5、所述雨水收集循环子系统包括设置在公路路肩上的雨水采集器和设置在公路护坡坡脚的存水器，所述存水器与所述雨水采集器通过集水管连通；

6、所述降温子系统包括自动风门、依次连通的上部疏水箱、蒸发器和下部疏水箱，所述上部疏水箱设置在蒸发器的顶部，所述存水器通过抽水管与所述上部疏水箱连通，所述抽水管上设置抽水泵，所述下部疏水箱设置在蒸发器的底部，所述下部疏水箱与所述存水器连通，所述公路路基的护坡上设置系统支架，所述蒸发器安置在系统支架上，所述系统支架的侧壁上设有保温板，以使得蒸发器下部与护坡上部之间形成一个密封的保温空间，所述保温空间的顶部和底部设有自动风门，当自动风门打开时，保温空间与外部连通，自动风门关闭时，保温空间与外部隔绝，所述自动风门的开合受所述控制子系统控制以对公路进行控温。

7、在上述技术方案中，所述自动风门包括直流电机、圆齿轮、直线齿轮、槽型光电开关、挡光板以及装配在系统支架上的外风门和内风门，所述内风门位于所述外风门的内侧，所述直流电机和圆齿轮安装在外风门上，所述直线齿轮安装在内风门上，所述直流电机连接圆齿轮，以驱动圆齿轮转动，所述圆齿轮啮合直线齿轮，在所述外风门的相对两侧各安装一槽型光电开关，在所述内风门的相对两侧各安装一挡光板，所述挡光板与槽型光电开关匹配，所述内风门的长度小于外风门的长度，在所述内风门和外风门上各开设多个矩形通孔。

8、在上述技术方案中，所述控制子系统包括外温传感器、内温传感器、降雨传感器、太阳能板、单片机和电池，太阳能板连接电池，电池连接单片机，所述单片机的输入端分别连接外温传感器、内温传感器和降雨传感器，以采集各传感器数据，所述单片机的输出端连接抽水泵和直流电机，所述内温传感器安装在保温空间内，外温传感器暴露在外界环境中。

9、在上述技术方案中，所述雨水采集器包括雨水采集箱、挡物板、l型透水网、圆弧滤网和导水管，l型透水网设置在雨水采集箱内部，并与雨水采集箱的相邻两个侧壁形成长条雨水进入通道，在所述相邻两个侧壁的竖直侧壁上开设入水口，在该入水口处设置挡物板，所述挡物板通过一横板与l型透水网连接，所述挡物板与入水口之间形成供雨水通过的缝隙，所述圆弧滤网安装在所述雨水采集箱内，所述导水管安装在所述雨水采集箱的侧壁上，并与雨水采集箱内部连通，所述导水管与所述存水器连通。

10、在上述技术方案中，所述存水器包括存水箱和三通，在所述存水箱上安装三通，所述三通另外两端分别连通雨水采集器和下部疏水箱，所述存水箱通过抽水管与上部疏水箱连通，在所述存水箱上安装距离传感器，所述距离传感器连接单片机的输入端，在所述存水箱上安装泄水管，在泄水管上安装泄水泵，所述泄水泵连接单片机的输出端。

11、在上述技术方案中，所述三通的一端连接集水管，所述集水管通过导水管与雨水采集器连通。

12、在上述技术方案中，所述蒸发器包括依次连通的上部蒸发器托盘、中部蒸发器托盘和下部蒸发器托盘，上部蒸发器托盘与所述上部疏水箱连通，下部蒸发器托盘与下部疏水箱连通。

13、在上述技术方案中，在公路路基护坡坡脚的一侧安装一支撑杆，太阳能板安装在支撑杆的端部，在所述支撑杆上安装一箱体，所述电池和单片机安装在所述箱体内。

14、在上述技术方案中，在上部疏水箱和上部蒸发器托盘的连接壁上开设多个第一透水孔，将上部蒸发器托盘和上部疏水箱连通。

15、在上述技术方案中，在上部蒸发器托盘、中部蒸发器托盘和下部蒸发器托盘上均开设多个依次间隔排列的多边形槽，在每一个多边形槽内安装一多边形支架，在每一个多边形支架内填充多边形多孔材料，在多边形支架的每一个内壁上设置一支撑块，以使多边形多孔材料与多边形支架的内壁及蒸发器托盘底板留有一定间隙，在支撑块上开设或者不开设第二透水孔和在多边形侧壁上开设多个第二透水孔，在所述多边形多孔材料的每个侧面上均开设一u型槽，所述u型槽开口向下穿装在对应的支撑块上，在蒸发器托盘底部外表面安装多个换能片。

16、本发明的另一方面还包括，所述雨水回收降温系统的工作方法，包括以下四个工况：

17、工况一：当外温传感器温度值大于0℃，降雨传感器为低电平，且无降雨时，距离传感器采集存水箱内水面到存水箱顶部的距离h，h大于等于0且小于存水箱高度h时：

18、抽水泵通过抽水管将存水箱中的水抽入上部疏水箱，水流经第一透水孔进入上部蒸发器托盘，经第二透水孔流入多边形支架内的多边形多孔材料中与空气进行强对流降温，多边形多孔材料无法吸收的多余水则经第二透水孔流出，进入水流通道中，通过透水小管依次进入中部蒸发器托盘和下部蒸发器托盘中进行强对流散热，最后水流进入下部疏水箱中，对水进行回收，并将回收的水通过三通导入存水箱中循环利用，该工况下泄水泵处于关闭状态，抽水泵工作60秒，停1800秒，再循环工作；

19、工况二：当外温传感器温度值大于0℃，降雨传感器为低电平，且降雨时，距离传感器采集到h＝0时，该工况下泄水泵处于工作状态，直到h>5mm时停止工作，该工况下抽水泵不工作；

20、工况三：当外温传感器温度值小于0℃，距离传感器采集到h大于0且小于存水箱高度h时，则泄水泵打开，直到h等于h时关闭，抽水泵不工作；

21、工况四：当外温传感器温度值大于内温传感器温度值时，单片机控制直流电机工作，直流电机带动圆齿轮反转，圆齿轮带动直线齿轮横向转动，带动所述内风门沿自动风门的长度方向向一侧移动，直至该侧的挡光板切断同侧槽型光电开关，内风门停止移动，自动风门关闭，保温空间与外部隔绝；当外温传感器温度值小于内温传感器温度值时，单片机最终带动自动风门打开，通过自动风门的开合实现对温度的控制，从而实现对保温空间的温度的有效控制，确保蒸发器与路基护坡之间的温度始终低于外界温度，实现对公路路基的降温。

22、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

23、1、本发明的多年冻土区公路路基雨水回收及降温系统的雨水收集循环子系统、降温子系统和控制子系统。雨水收集循环子系统通过采集、导出、回收再利用雨水，实现水资源的循环利用。降温子系统利用蒸发器和自动风门，通过蒸发降温和温度控制，保持公路路基温度低于外界，控制子系统以51单片机为核心，结合传感器和执行部件，实现对系统状态的实时监测和精准控制。本发明的系统高效回收雨水、调控温度，确保路基稳定，为路基维护与管理提供有力支持。

24、2、本发明的系统可以通过两个方面实现对公路路基的降温，一方面通过循环回收利用外界雨水对公路路基进行降温，另一方面通过开合自动风门，与外界进行空气对流实现对公路路基进行降温。