CN105525607B - 一种布置在地下连续墙内的地下蓄能装置 - Google Patents

一种布置在地下连续墙内的地下蓄能装置 Download PDF

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Abstract

一种布置在地下连续墙内的地下蓄能装置，包括空气压缩机、储气钢管尾段、总储气钢管、连续储气钢管段和测斜储气钢管段，连续储气钢管段两端分别与测斜储气钢管段和储气钢管尾段连接形成一个独立的储气钢管单元，单片地下连续墙两侧分别预埋有一个独立的储气钢管单元，单片地下连续墙内的两根测斜储气钢管段与第一总储气钢管连接，单片地下连续墙内的两根储气钢管尾段与第二根总储气钢管连接，第一总储气钢管一端设有空气压缩机，第二总储气钢管一端为出气管道。采用上述结构，充分的利用了地下连续墙内的空间，在不影响地下连续墙稳定的情况下，组成压缩空气蓄能系统，具有供冷、供热、压力势能发电与地下连续墙变形检测的功能。

Description

一种布置在地下连续墙内的地下蓄能装置
技术领域
本发明涉及地下蓄能设备领域，特别是一种布置在地下连续墙内的地下蓄能装置。
背景技术
峰谷分时电价作为现阶段一种有效的需求侧重管理手段，在世界各国得到了普遍的采用。比如我国上海针对居民实行的峰谷差别电价具体为：从早上6时到晚上22时，实行的是峰时电价，为0.617元/度。从晚上22时到次日凌晨6时，实行的是谷时电价，为0.307元/度，差价达到1倍以上。对一栋建筑物而言，如果能在谷时电价时将将能量存储起来，在峰时电价时释放出来，作为正常供电的有效补充，将会很大程度降低整体供电费用，同时缓解用电高峰期的用电紧张。有的国家也在开展这方面的研究，比如抽水蓄能电站等。但这些方法和措施设计复杂，而且初期成本较高，经济性较差，适用范围很小，对单栋建筑物一般难以实现。如何合理高效的利用建筑物本身的结构布置去实现错峰蓄能是一个值得深入研究的问题。
另外，地热资源是一种来自地球内部的可再生性能源，并且以热能的形式存在，具有广阔的分布范围，浅层地表以下的温度环境比较恒定，地源热泵技术是一种利用浅层地下热源的供热和供冷技术，我们在利用地下结构蓄能的同时，还可以利用地热资源的热交换，进行能量的集聚，充分提高蓄能和能量转换的效率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种布置在地下连续墙内的地下蓄能装置，能够充分的利用地下连续墙内较大的空间，在不影响地下连续墙稳定的情况下，组成压缩空气蓄能系统，具有供冷、供热、压力势能发电与地下连续墙变形检测的功能。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种布置在地下连续墙内的地下蓄能装置，包括空气压缩机、储气钢管尾段、第一总储气钢管、连续储气钢管段和测斜储气钢管段，连续储气钢管段两端分别与测斜储气钢管段和储气钢管尾段连接形成一个独立的储气钢管单元，单片地下连续墙两侧分别预埋有一个独立的储气钢管单元，单片地下连续墙内的两根测斜储气钢管段与第一总储气钢管连接，单片地下连续墙内的两根储气钢管尾段与第二总储气钢管连接，连接多个测斜储气钢管段的第一总储气钢管一端设有空气压缩机，连接多个储气钢管尾段的第二总储气钢管一端为出气管道。
优选的方案中，所述的连续储气钢管段为连续的U形弯折结构，两个储气钢管单元通过水平方向布置的钢筋连接并形成钢筋笼。
优选的方案中，所述的测斜储气钢管段内壁具有可供测斜仪上下滑动的轨道，测斜储气钢管段上设有可拆卸的测斜仪接口，可拆卸的测斜仪接口与第一总储气钢管之间的测斜储气钢管段上和储气钢管尾段上均设有阀门。
优选的方案中，所述的出气管道上连接设有至少两根支管，部分支管上沿气流方向分别设有可调压阀门、空气净化器、空调，剩余支管上沿气流方向分别设有可调压阀门、涡轮、发电机。
优选的方案中，所述的储气钢管单元的连续储气钢管段、测斜储气钢管段位于可拆卸的测斜仪接口下方的钢管段以及储气钢管尾段位于可拆卸的测斜仪接口所在水平面下方的钢管段均预埋设置在地下连续墙中。
优选的方案中，所述的第一总储气钢管上设有用于测斜储气钢管段连接固定的预留焊接孔，所述的第二总储气钢管上设有用于供储气钢管尾段连接固定的预留焊接孔，在完成多片地下连续墙的施工后，再利用预留焊接孔进行第一总储气钢管与第二总储气钢管的安装。
本发明所提供的一种布置在地下连续墙内的地下蓄能装置，通过采用上述结构，具有以下有益效果：
（1）地下连续墙的内部体积较大，而且深度大，能够储存足够的高压气体，满足用电高峰期的需求，实现高效的错峰发电、供冷与供热。
（2）利用地热与储气钢管内的压缩空气进行热交换，自动实现压缩气体温度的降低或者升高，夏天降温后的冷空气能够应用于室内供冷，冬天升温后的热空气能够应用于室内供热，实现了对地热能源的充分利用，充分提高蓄能和热交换的效率，节约了空调的能源消耗。
（3）在用电高峰期（峰值电价时间段），可以利用存储的高压气体势能，推动发电机发电，作为建筑物的能源辅助供应，降低建筑物的能源消耗成本。
（4）在本发明中，测斜储气钢管段内壁具有可供测斜仪上下滑动的轨道，这样可以代替地下连续墙变形监测专用的测斜管，一管多用，降低建筑物的成本。
（5）用储气钢管代替纵向分布的钢筋，相比于原有的施工成本相差不会太大，同时还可以存储大量的高压气体用于发电或室内供冷、供热，且不会影响整个地下连续墙的力学性能。
（6）该发明中不需要单独挖地下储气室，直接利用地下连续墙的体积，可以减少投资。
（7）本发明中考虑到整个系统后期的正常运行，同时利用地下连续墙分段浇筑的特点，在每片墙体中设置单独回路并设有阀门，在后期运行过程中若出现问题可以逐一开启阀门检查，并且损坏的回路在进行检查与抢修时不会影响其他回路的运行，依然可以进行错峰发电、供冷、供热等。
（8）本发明中，在谷值电价时，采用电能进行对气体进行压缩存储，将电能转换为气体的压力势能；在存储的过程中，利用地热资源，自动的实现压缩气体温度的升高或者降低，有效的增加了气体的热能；在峰值电价时，利用存储的高压气体进行供热、供冷和压缩气体势能发电，实现了能量的转换，充分提高了蓄能、能量集聚、转换和利用的效率。(9)以往的地源热泵技术中一般用液体，如水作为热交换介质，但液体不能压缩，只能转换热能；而空气可以压缩，不仅可以实现热能转换，还可以储存压力势能，因此，本发明可以大大提高地下蓄能效率。同时，相对以往的导热液体，空气对储气钢管无任何腐蚀等影响，因此，对结构的耐久性不会产生不良影响。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1为本发明的连续若干片墙体的立体结构示意图。
图2为本发明的地下连续墙的整体平面结构示意图。
图3为本发明的钢筋笼的立体结构示意图。
图4为本发明的连续储气钢管段平面结构示意图。
图5为本发明的测斜储气钢管段截面示意图。
图6为本发明的储气钢管尾段与第二总储气钢管的连接接口处示意图。测斜储气钢管段与第一总储气钢管的连接接口处示意图与图6相同。
图7为本发明的地下连续墙施工过程中的平面示意图
图中：空气压缩机1，可拆卸的测斜仪接口2，储气钢管尾段3，钢筋4，阀门5，可调压阀门6，空气净化器7，空调8，涡轮9，发电机10，接头管11，第一总储气钢管12，第二总储气钢管12’， 连续储气钢管段13，测斜储气钢管段14，泥浆护壁15，钢筋笼16，出气管道17，预留焊接孔18。
具体实施方式
如图1-6所示，一种布置在地下连续墙内的地下蓄能装置，包括空气压缩机1、储气钢管尾段3、第一总储气钢管12、连续储气钢管段13和测斜储气钢管段14，连续储气钢管段13两端分别与测斜储气钢管段14和储气钢管尾段3连接形成一个独立的储气钢管单元，单片地下连续墙两侧分别预埋有一个独立的储气钢管单元，单片地下连续墙内的两根测斜储气钢管段14与第一总储气钢管12连接，单片地下连续墙内的两根储气钢管尾段3与第二总储气钢管12’连接，连接多个测斜储气钢管段14的第一总储气钢管12一端设有空气压缩机1，连接多个储气钢管尾段3的第二总储气钢管12’一端为出气管道17。
优选的方案中，所述的连续储气钢管段13为连续的U形弯折结构，两个储气钢管单元通过水平方向布置的钢筋4连接并形成钢筋笼16。
优选的方案中，所述的测斜储气钢管段14内壁具有可供测斜仪上下滑动的轨道，测斜储气钢管段14上设有可拆卸的测斜仪接口2，可拆卸的测斜仪接口2与第一总储气钢管12之间的测斜储气钢管段14上和储气钢管尾段3上均设有阀门5。
优选的方案中，所述的出气管道17上连接设有至少两根支管，部分支管上沿气流方向分别设有可调压阀门6、空气净化器7、空调8，剩余支管上沿气流方向分别设有可调压阀门6、涡轮9、发电机10。
优选的方案中，所述的储气钢管单元的连续储气钢管段13、测斜储气钢管段14位于可拆卸的测斜仪接口2下方的钢管段以及储气钢管尾段3位于可拆卸的测斜仪接口2所在水平面下方的钢管段均预埋设置在地下连续墙中。
优选的方案中，所述的第一总储气钢管12上设有用于测斜储气钢管段14连接固定的预留焊接孔18，所述的第二总储气钢管12’上设有用于供储气钢管尾段3连接固定的预留焊接孔18，在完成多片地下连续墙的施工后，再利用预留焊接孔18进行第一总储气钢管12与第二总储气钢管12’的安装。
具体施工步骤如下：
如图7所示，根据设计要求，利用专用的挖槽机械在泥浆护壁15下开挖一定长度，挖至设计深度并清除沉渣然后插入接头管11。
如图3所示，在两个内壁具有可供测斜仪上下滑动轨道的测斜储气钢管段14上安装可拆卸的测斜仪接口2，并在可拆卸的测斜仪接口2与第一总储气钢管12之间的测斜储气钢管段14上安装阀门5；在两个储气钢管尾段3上安装阀门5。在安装了可拆卸的测斜仪接口2、阀门5的测斜储气钢管段14与安装了阀门5的储气钢管尾段3之间放入若干连续储气钢管段13，若干连续储气钢管段13之间采用相同截面的半圆弧形的U形接头连接，如图4所示。
通过向连续储气钢管段13内注水或其他方法检验连续储气钢管段13的气密性。在确定连续储气钢管段13密封性良好之后，将两个连续储气钢管段13与其他水平向布置的钢筋4绑扎形成单片地下连续墙内的钢筋笼16，如图1所示。
如图7所示，将钢筋笼16吊装放入开挖好的坑槽，导管浇筑混凝土。在浇筑时，储气钢管单元的连续储气钢管段13、测斜储气钢管段14位于可拆卸的测斜仪接口2下方的钢管段以及储气钢管尾段3位于可拆卸的测斜仪接口2所在水平面下方的钢管段均预埋设置在地下连续墙中，如图1所示。待混凝土初凝后拔出接头管11，单片地下连续墙施工完成，重复进行下一片地下连续墙的施工。
如图1所示，整个地下连续墙施工完毕之后，按单片地下连续墙体的排列顺序将地下连续墙内外两侧的连续储气钢管段13分别通过首尾的储气钢管尾段3、测斜储气钢管段14分别与第一总储气钢管12、第二总储气钢管12’上的预留焊接孔18焊接起来，如图6所示。
发电、供冷、供热与地下连续墙变形检测功能的具体实施方案。
如图2所示，在用电低谷时，关闭两个出气支管道上的可调压阀门6、连续储气钢管段13上的阀门5和打开空气压缩机1，向储气体系中注满高压气体，由于地下连续墙所处的环境温度比较恒定，夏季比地面的低，冬季比底面高，所存储高压气体通过连续墙与周围土体发生热交换，自动实现压缩气体的温度降低或者升高，可以达到夏季供冷和冬季供热的作用，充分提高了蓄能、能量转换和利用的效率。
在用电高峰时，根据所需高压气体的量打开部分连续储气钢管段13上的阀门5。在发挥供冷、供热功能时，调节对应出气支管道上的可调压阀门6，输出适当压力的气体。同时，打开空气净化器7与空调8，加以辅助加热或制冷调节，就可实现室内的供冷或者供热。在需要发电时，调节对应出气支管道上的可调压阀门6，输出适当压力的气体，同时，打开涡轮9与发电机10，实现高压气体的压力势能发电功能。
如图3所示，在施工期或者运行期，关闭需要检测的地下连续墙单元上储气钢管段中的阀门5，打开可拆卸的测斜仪接口2，通过测斜储气钢管段14，放下测斜仪，可以进行墙体变形的检测，检测完毕后，安装可拆卸的测斜仪接口2，即可恢复正常蓄能。

Claims (4)

1.一种布置在地下连续墙内的地下蓄能装置，包括空气压缩机（1）、储气钢管尾段（3）、第一总储气钢管（12）、连续储气钢管段（13）和测斜储气钢管段（14），其特征是：连续储气钢管段（13）两端分别与测斜储气钢管段（14）和储气钢管尾段（3）连接形成一个独立的储气钢管单元，单片地下连续墙两侧分别预埋有一个独立的储气钢管单元，单片地下连续墙内的两根测斜储气钢管段（14）与第一总储气钢管（12）连接，单片地下连续墙内的两根储气钢管尾段（3）与第二总储气钢管（12’）连接，连接多个测斜储气钢管段（14）的第一总储气钢管（12）一端设有空气压缩机（1），连接多个储气钢管尾段（3）的第二总储气钢管（12’）一端为出气管道（17）；
所述的连续储气钢管段（13）为连续的U形弯折结构，两个储气钢管单元通过水平方向布置的钢筋（4）连接并形成钢筋笼（16）；
所述的测斜储气钢管段（14）内壁具有可供测斜仪上下滑动的轨道，测斜储气钢管段（14）上设有可拆卸的测斜仪接口（2），可拆卸的测斜仪接口（2）与第一总储气钢管（12）之间的测斜储气钢管段（14）上和储气钢管尾段（3）上均设有阀门（5）。
2.根据权利要求1所述的一种布置在地下连续墙内的地下蓄能装置，其特征在于：所述的出气管道（17）上连接设有至少两根支管，部分支管上沿气流方向分别设有可调压阀门（6）、空气净化器（7）、空调（8），剩余支管上沿气流方向分别设有可调压阀门（6）、涡轮（9）、发电机（10）。
3.根据权利要求1所述的一种布置在地下连续墙内的地下蓄能装置，其特征在于：所述的储气钢管单元的连续储气钢管段（13）、测斜储气钢管段（14）位于可拆卸的测斜仪接口（2）下方的钢管段以及储气钢管尾段（3）位于可拆卸的测斜仪接口（2）所在水平面下方的钢管段均预埋设置在地下连续墙中。
4.根据权利要求1所述的一种布置在地下连续墙内的地下蓄能装置，其特征在于：所述的第一总储气钢管（12）上设有用于测斜储气钢管段（14）连接固定的预留焊接孔（18），所述的第二总储气钢管（12’）上设有用于供储气钢管尾段（3）连接固定的预留焊接孔（18），在完成多片地下连续墙的施工后，再利用预留焊接孔（18）进行第一总储气钢管（12）与第二总储气钢管（12’）的安装。
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