Исследователи из Университета Саламанки представили прототип дорожного покрытия, которое способно снижать риск обледенения за счет использования естественного тепла грунта. В отличие от систем, где поверхность подогревается электрическими кабелями или трубами с циркулирующей горячей водой, здесь не используется никакой внешний источник энергии: конструкция работает только на разнице температур между более теплыми слоями почвы и охлажденным асфальтом. Для регионов с умеренно холодным климатом это может стать практичной альтернативой реагентам и энергоемким технологиям обогрева.
Пилотные участки такой дороги были построены на испытательном полигоне в провинции Авила – одном из самых холодных районов центральной Испании. Для эксперимента изготовили два одинаковых фрагмента покрытия размером 2×1 метра: контрольный и экспериментальный. В состав второго включили пять вертикальных медных теплообменников длиной около 1 метра и горизонтальную распределяющую решётку, расположенную примерно в 5 см под поверхностью. Медь выбрали благодаря высокой теплопроводности (до 385 Вт/м·К) и коррозионной стойкости.
Температурный режим мониторили на протяжении трёх зимних месяцев с помощью IoT-датчиков DS18B20, размещенных на трех глубинах: у основания теплообменников, в несущем слое и непосредственно под асфальтом. Передача данных велась через LoRaWAN каждые 10 минут, при средней потере пакетов менее 1,2%. Показания сверялись с измерениями контактными термометрами и тепловизорами, что позволило контролировать точность и исключить влияние внешних факторов, включая солнечное излучение и локальную влажность.
Эксперимент показал устойчивое повышение температуры в геотермальной секции по сравнению с контрольной. В ночные периоды разница составляла в среднем 1,5-2 °C. В наиболее характерных случаях температура поверхности контрольного участка снижалась до –3 °C, тогда как экспериментальный участок удерживался в диапазоне от –0,8 до –1,2 °C. В условиях, когда образование тонкой ледяной плёнки происходит при минимальных отклонениях от нуля, это различие оказывается принципиальным. Тепловизионные данные подтвердили равномерный прогрев всей площади, что говорит о корректной работе распределяющей медной решетки.
Параллельное моделирование теплопереноса показало, что тепловой фронт от глубинного слоя стабилизируется за 10-12 часов. Такой временной масштаб соответствует теоретическим оценкам: при глубине около 1 метра и типичной теплопроводности влажного грунта характерное время диффузии тепла составляет примерно половину суток. Даже при невысокой плотности теплового потока (несколько ватт на квадратный метр) этого достаточно, чтобы обеспечить положительный температурный градиент между грунтом и поверхностью в течение всей ночи.
По предварительным расчетам, стоимость установки составляет около 75 евро за квадратный метр, при этом эксплуатационные затраты практически отсутствуют: система не потребляет энергию и не требует обслуживания. Если принимать срок службы около 20 лет, годовые расходы составляют порядка 3,7 евро на квадратный метр. Прямое сравнение с затратами на использование дорожной соли некорректно, поскольку расход реагентов сильно зависит от климатических условий и интенсивности обработки. Тем не менее ряд исследований показывает, что совокупный ущерб от применения соли (коррозия инфраструктуры, повреждение транспорта, ухудшение состояния почв и водных объектов) может достигать 680-3900 долларов на тонну. Эти значения отражают общий масштаб скрытых расходов традиционного зимнего содержания.
Следующий этап работы исследователей предусматривает полномасштабные испытания: анализ коррозионной стойкости меди в различных типах грунтов, моделирование теплопотерь под транспортной нагрузкой и оценку эффективности системы в более суровых климатических условиях. Пилотный участок не подвергался ни длительным сильным морозам, ни воздействию реального трафика, а именно эти факторы остаются ключевыми для перехода от экспериментальной разработки к практическому инженерному решению.
