CN103088740A - 寒区隧道路面太阳能-地源热泵联合蓄热加热系统 - Google Patents

寒区隧道路面太阳能-地源热泵联合蓄热加热系统 Download PDF

Info

Publication number
CN103088740A
CN103088740A CN2013100173608A CN201310017360A CN103088740A CN 103088740 A CN103088740 A CN 103088740A CN 2013100173608 A CN2013100173608 A CN 2013100173608A CN 201310017360 A CN201310017360 A CN 201310017360A CN 103088740 A CN103088740 A CN 103088740A
Authority
CN
China
Prior art keywords
heat
tunnel
heat pump
source heat
solar energy
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2013100173608A
Other languages
English (en)
Inventor
张国柱
夏才初
刘松玉
杜延军
童立元
李仁民
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Southeast University
Original Assignee
Southeast University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Southeast University filed Critical Southeast University
Priority to CN2013100173608A priority Critical patent/CN103088740A/zh
Publication of CN103088740A publication Critical patent/CN103088740A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Road Paving Structures (AREA)

Abstract

本发明公开了一种寒区隧道路面太阳能-地源热泵联合蓄热加热系统，包括太阳能集热器、供热管路、地源热泵换热器和地源热泵设备。其中地源热泵换热器分别与太阳能集热器和地源热泵设备连接，各自形成隧道中部围岩的蓄热环路和取热环路，供热管路分别与太阳能集热器和地源热泵设备连接，各自形成隧道洞口段路面的供热环路。本发明将地源热泵换热器安装在隧道中部围岩内的中空锚杆内，从而替代传统地源热泵埋管所需的地下钻孔，不占地、节省初期投资，将夏季太阳能存储于隧道围岩中，用于冬季供热，实现了太阳能跨季利用。

Description

寒区隧道路面太阳能-地源热泵联合蓄热加热系统
技术领域
本发明涉及寒区隧道的防冻保暖，特别是一种寒区隧道路面太阳能-地源热泵联合蓄热加热系统。
背景技术
由寒区隧道洞口段路面结冰导致的交通事故屡见不鲜，因此寒区隧道急需解决洞口段路面冻害问题。现有的寒区隧道路面加热系统有电加热系统和地温能加热系统两种。寒区隧道路面电加热系统需要消耗大量的电能，高额的运行费用给隧道运营管理带来巨大的经济负担。日本研究人员提出的寒区隧道路面地温能加热系统利用在隧道中部路面下1.2米处埋设水平单U管吸收围岩地温能，实现对隧道洞口段路面加热，但该技术对隧道长度、隧址区气象和地温等要求非常高，对于冻深大和气温低的严寒隧道，该技术则无法应用。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种寒区隧道路面太阳能-地源热泵联合蓄热加热系统，以解决寒区隧道路面冻害严重问题，为隧道营运提供保障。
本发明采用以下技术方案：
一种寒区隧道路面太阳能-地源热泵联合蓄热加热系统，包括太阳能集热器、地源热泵换热器、地源热泵设备和供热管路；
所述地源热泵换热器包括多组换热器，多组换热器安装在隧道中部围岩内，各组换热器的两端分别通过出水管路、进水管路与地源热泵设备取热端口连成隧道中部围岩取热环路；
所述太阳能集热器的两端分别通过出水管路、进水管路与地源热泵换热器连成隧道中部围岩蓄热环路；
所述供热管路包括多组供热管，多组供热管铺设于隧道洞口段路面保温层和路面结构基层之间，各组供热管的两端分别通过出水管路、进水管路与地源热泵设备供热端口连成第一隧道洞口段路面供热环路；
所述太阳能集热器的两端分别通过出水管路、进水管路与供热管路形成第二隧道洞口段路面供热环路。
优选地，所述地源热泵换热器为套管式换热器,且安装在隧道中部围岩内的中空锚杆内。
本发明所述太阳能集热器安装在隧道洞口附近。所述出水管路、进水管路安装保温套管。
寒区隧道路面太阳能-地源热泵联合蓄热加热系统工作原理：在非供暖期，将强烈的太阳能存储于隧道中部锚杆钻孔周围的隧道围岩中，实现太阳能的跨季利用。在供暖期，实现太阳能和地源热泵联合供热，以太阳能供热为主，充分利用太阳能，地源热泵供热为辅。围岩经过蓄热和取热过程，热交换器周围的热量又恢复到了原来甚至更高的水平，提高了热泵低温热源的温度，热泵的供暖性能得到提升。
本发明的有益效果：寒区隧道路面太阳能-地源热泵联合蓄热供暖系统属于主动供暖，可以彻底避免路面积水冻结的发生。与电加热系统相比，年运行费用可节省75%以上；将地源热泵换热器安装在隧道围岩中空锚杆内，从而替代传统的垂直钻孔，不占地，节省初期投资；与日本研究人员提出的寒区隧道路面地温能加热系统相比，本发明将太阳能与地源热泵结合，充分发挥各自优势，弥补各自不足，围岩经过蓄热和取热过程，热交换器周围的热量又恢复到了原来甚至更高的水平，提高了热泵低温热源的温度，热泵的供暖性能得到提升，与安装于路面下1.2深处的水平单U型热交换器相比，本发明中的安装于隧道围岩内的中空锚杆内的热交换器可以提取更深处围岩的热量，削弱了洞内气温对热交换器蓄热和取热效果的影响，不受隧道长度限制。
附图说明
图1寒区隧道路面加热系统工作原理图
图2为锚杆钻孔内套管式换热器布置横断面图。
图3为图2中A放大图。
图4为图2中B放大图。
图5为洞口段供热管路平面布置图。
具体实施方式
参见图1至图5，寒区隧道路面太阳能-地源热泵联合蓄热供暖系统可按如下步骤实施：
1、在隧洞爆破开挖完成后，向围岩1内打设锚杆钻孔12，将地源热泵换热器2直接安装于锚杆钻孔12内的中空锚杆内；
2、将每个锚杆钻孔12内的地源热泵换热器2的进、出口分别与第一出水总管3和第一进水总管4并联同程相连，与地源热泵设备5取热端口连成取热环路；
3、管路连接完成后，施作隧道初衬18，铺挂防水板和浇注二衬19混凝土，随后施作隧道保温层20；
4、在洞口段路基上方施作整平层17，在整平层17上方铺设一定厚度的保温板，作为隧道路面保温层16，并在保温板上方铺设供热管路8；
5、将供热管路8的进、出口分别与第二出水总管6和第二进水总管7并联同程相连，与地源热泵设备5供热端连成供热环路，随后施作路面基层15和面层14；
6、在隧道洞口附近安装太阳能集热器13，通过第三出水总管10和第三进水总管11与供热管路8形成供热环路。
7、通过转换开关9实现第三出水总管10与第一出水总管3和第二进水总管7之间的转换连接，以及第三进水总管11与第一进水总管4和第二出水总管6之间的转换连接。
寒区隧道路面太阳能-地源热泵蓄热加热系统，包括太阳能集热器13、供热管路8、地源热泵换热器2和地源热泵设备5。系统有4种运行模式，通过转换开关9来选择：第一种运行模式为夏季太阳能存储模式，利用太阳能集热器13与地源热泵换热器2串联成的封闭环路内的传热循环流体将太阳能存储于锚杆钻孔12周围的隧道围岩中；第二种模式为太阳能独立供热模式，利用太阳能集热器13与供热管路8串联成的封闭环路内的传热循环流体加热隧道路面；第三种模式为太阳能-地源热泵联合供热模式，利用太阳能集热器13、地源热泵换热器2和地源热泵设备5取热端口串联成的封闭环路内的传热循环流体吸收围岩中的热量，经地源热泵设备5加热提升后，通过地源热泵设备5供热端口和供热管路8串联成的封闭管路内的传热循环流体加热隧道路面；第四种模式为地源热泵独立供热模式，利用地源热泵换热器2和地源热泵设备5取热端口串联成的封闭环路内的传热循环流体吸收围岩中的热量，经地源热泵设备5加热提升后，通过地源热泵设备5供热端口和供热管路8串联成的封闭管路内的循环传热流体加热隧道路面。
应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (2)

1.一种寒区隧道路面太阳能-地源热泵联合蓄热加热系统，其特征在于：包括太阳能集热器、地源热泵换热器、地源热泵设备和供热管路；
所述地源热泵换热器包括多组换热器，多组换热器安装在隧道中部围岩内，各组换热器的两端分别通过出水管路、进水管路与地源热泵设备取热端口连成隧道中部围岩取热环路；
所述太阳能集热器的两端分别通过出水管路、进水管路与地源热泵换热器连成隧道中部围岩蓄热环路；
所述供热管路包括多组供热管，多组供热管铺设于隧道洞口段路面保温层和路面结构基层之间，各组供热管的两端分别通过出水管路、进水管路与地源热泵设备供热端口连成第一隧道洞口段路面供热环路；
所述太阳能集热器的两端分别通过出水管路、进水管路与供热管路形成第二隧道洞口段路面供热环路。
2.根据权利要求1所述的寒区隧道路面太阳能-地源热泵联合蓄热加热系统，其特征在于：所述地源热泵换热器为套管式换热器，且安装在隧道中部围岩内的中空锚杆内。
CN2013100173608A 2013-01-17 2013-01-17 寒区隧道路面太阳能-地源热泵联合蓄热加热系统 Pending CN103088740A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2013100173608A CN103088740A (zh) 2013-01-17 2013-01-17 寒区隧道路面太阳能-地源热泵联合蓄热加热系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2013100173608A CN103088740A (zh) 2013-01-17 2013-01-17 寒区隧道路面太阳能-地源热泵联合蓄热加热系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN103088740A true CN103088740A (zh) 2013-05-08

Family

ID=48201831

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2013100173608A Pending CN103088740A (zh) 2013-01-17 2013-01-17 寒区隧道路面太阳能-地源热泵联合蓄热加热系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103088740A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103437799A (zh) * 2013-08-16 2013-12-11 浙江海洋学院 一种隧道防冻除湿系统
CN112127945A (zh) * 2020-09-16 2020-12-25 绍兴文理学院 一种利用地热的寒区隧道防排水系统地埋换热管加热系统
CN113339873A (zh) * 2021-06-07 2021-09-03 西南交通大学 一种寒区高地温隧道新型防寒抗冻系统及方法
CN115030753A (zh) * 2022-05-11 2022-09-09 中国科学院西北生态环境资源研究院 防冻胀巷道保温支护系统及其施工方法和保温控制方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4018936A1 (de) * 1989-10-10 1991-04-11 Temperenz System Gmbh Einrohrwaermespeicher
JP2000234820A (ja) * 1999-02-10 2000-08-29 Sanyo Electric Co Ltd 太陽熱駆動冷凍機及びその運用方法
CN101988775A (zh) * 2010-11-16 2011-03-23 山东建筑大学 太阳能-空气-地能多源双机热泵供热空调复合系统
CN202132648U (zh) * 2011-07-21 2012-02-01 徐霆生 管道加热系统
CN202181505U (zh) * 2011-01-26 2012-04-04 张建忠 一种防冻桥梁
CN102635953A (zh) * 2012-04-27 2012-08-15 天普新能源科技有限公司 一种太阳能源全年收储供应系统

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4018936A1 (de) * 1989-10-10 1991-04-11 Temperenz System Gmbh Einrohrwaermespeicher
JP2000234820A (ja) * 1999-02-10 2000-08-29 Sanyo Electric Co Ltd 太陽熱駆動冷凍機及びその運用方法
CN101988775A (zh) * 2010-11-16 2011-03-23 山东建筑大学 太阳能-空气-地能多源双机热泵供热空调复合系统
CN202181505U (zh) * 2011-01-26 2012-04-04 张建忠 一种防冻桥梁
CN202132648U (zh) * 2011-07-21 2012-02-01 徐霆生 管道加热系统
CN102635953A (zh) * 2012-04-27 2012-08-15 天普新能源科技有限公司 一种太阳能源全年收储供应系统

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103437799A (zh) * 2013-08-16 2013-12-11 浙江海洋学院 一种隧道防冻除湿系统
CN103437799B (zh) * 2013-08-16 2016-05-18 浙江海洋学院 一种隧道防冻除湿系统
CN112127945A (zh) * 2020-09-16 2020-12-25 绍兴文理学院 一种利用地热的寒区隧道防排水系统地埋换热管加热系统
CN113339873A (zh) * 2021-06-07 2021-09-03 西南交通大学 一种寒区高地温隧道新型防寒抗冻系统及方法
CN113339873B (zh) * 2021-06-07 2022-12-13 西南交通大学 一种寒区高地温隧道新型防寒抗冻系统及方法
CN115030753A (zh) * 2022-05-11 2022-09-09 中国科学院西北生态环境资源研究院 防冻胀巷道保温支护系统及其施工方法和保温控制方法
CN115030753B (zh) * 2022-05-11 2023-08-08 中国科学院西北生态环境资源研究院 防冻胀巷道保温支护系统及其施工方法和保温控制方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101672188B (zh) 隧道洞口段衬砌加热系统
CN103088741A (zh) 基于能源桩的公路桥梁路面融雪化冰系统及运行方式
CN101672189B (zh) 隧道保温水沟地源热泵型加热系统
CN208201567U (zh) 被动地热式融雪融冰装置
CN208201566U (zh) 主动式地源-空气源融雪融冰装置
CN104594156B (zh) 利用隧道内地热的融雪化冰系统
CN106595103A (zh) 能源隧道层埋式地温能热交换系统的施工方法
CN101598473A (zh) 埋设在地下连续墙围护结构内的地源热泵地埋管系统
CN109209449A (zh) 一种寒区铁路隧道智能保温系统及其控制方法
CN103061230B (zh) 一种利用地源热泵冷却及融冰冻路面技术的施工方法及施工用排水板
CN103205932A (zh) 桩柱式桥梁防冰冻系统
CN103088740A (zh) 寒区隧道路面太阳能-地源热泵联合蓄热加热系统
CN103422424B (zh) 桥隧相连段桥梁防冰冻系统
CN101458010A (zh) 土壤源热泵供暖/制冷系统
CN110373970A (zh) 一种高架路面地热融冰结构及其施工方法
CN103088873A (zh) 寒区隧道消防管道太阳能-地源热泵联合蓄热加热系统
CN103090553A (zh) 寒区隧道衬砌太阳能-地源热泵联合蓄热加热系统及方式
CN106437792A (zh) 能源隧道仰拱层埋式地温能防冻加热系统
CN206529673U (zh) 能源隧道复合式地温能防冻加热装置
CN110410131B (zh) 一种矿井热害治理与综合利用系统
CN101598474A (zh) 埋设在钻孔灌注桩内的地源热泵地埋管系统
CN106522999A (zh) 能源隧道衬砌层埋式地温能热交换系统
CN207376648U (zh) 一种用于新型能源地下综合管廊结构
CN202509364U (zh) 城市路面融雪化冰系统
CN202671996U (zh) 采用山上自然温泉水消融路面或桥面积雪的融雪装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20130508