CN107327311B - 一种长隧道气源降温设备 - Google Patents
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Abstract
一种长隧道气源降温设备，主要由水路系统和控制系统两部分组成，其中：所述的水路系统主要由设置在地面的冷水供应子系统、安设在长隧道中的空气源热泵和设置在地面的热水利用子系统三部分，通过两路供水管道依次连接而成循环水路；所述的控制系统主要由设置在地面的控制器和供水管道上安设的抽水泵、流量控制阀、温度传感器、止回阀、压力表，通过通电线路连接而成。本发明的设备施工简单，能耗少，安全高效，实用性强。
Description
技术领域
本发明涉及长隧道降温技术领域，尤其涉及一种长隧道气源降温设备。
背景技术
近年来，随着经济的发展，地面可用面积逐渐减少，为了减轻地面生产与交通拥挤带来的不便，越来越多的地下工程兴起。地下隧道交通已变得十分常见，考虑到土地利用率和交通的便捷性，隧道的长度和深度增加的趋势越来越明显，随之而来的隧道热害问题日渐严重。对于长度较短、埋深较浅且车流量较小的隧道而言，通过采用加大隧道的通风量等非人工降温方法就可以基本解决热害问题，但对于目前越来越多的长度较长、大埋深和车流量密集的长隧道来说，采用基本的非人工的降温方法是不能从根本上解决和控制热害问题的。目前，常用的长隧道降温方法为人工制冷降温方法。
人工制冷降温法，使用较多的有建造制冷站组成制冷机组降温、喷雾降温和空调降温。根据制冷机组的安装位置不同，制冷机组降温分为地面制冷机组降温、地下隧道内制冷机组降温和地面地下制冷机组联合降温三种类型。地面制冷机组降温方法，制冷机组安装在地面，设备安装、管理和操作方便，排热方便，也不需要在隧道内开设大型的机电硐室，冷量便于调节，但是，供冷管道较长，冷耗高，冷水处理复杂；地下隧道内制冷机组降温，制冷机组安设在隧道内，较好地解决了供冷管道长和冷耗高的问题，供冷系统简单，冷量调节方便，但是，需要在隧道内开设专门的机电硐室，对设备的要求较高，设备的安装管理和操作不便，安全性较差；地面地下制冷机组联合降温方法，地面和地下隧道内都安设制冷机组，可以有效地提高一次载冷剂的回水温度，减少冷耗，可以利用一次载冷剂排出隧道内制冷机的冷凝热，减少一次载冷剂的循环量，但是这种降温方法系统复杂，制冷设备分散，不易管理。喷雾降温可以实现隧道空气温度的快速降低，操作方便，成本低，污染小，但是水的蒸发速度较快，低温持续时间短，且在隧道正常运行时会影响交通，可以运用在隧道的施工阶段。空调降温，可以较好地实现空气降温，还有一定的降湿的作用，清洁高效，但是，在长隧道中安设空调系统成本较高，排热不便。
现有公开了一种高地温隧道降温散热及热能转化装置，包括冷水循环降温装置、温差发电组件和蓄电用电组，设置冷水箱和热水箱，通过在隧道中铺设供水管道实现水流和空气的热交换，带有热量的水流收集到热水箱中，然后利用冷热水箱之间的温差在两个水箱中间设置温差发电机组和蓄电用电组，从而实现对隧道的降温以及热量的再利用。
但是，上述现有技术仍存在以下不足：
1)对于长隧道，需要铺设较长的冷水管道，冷耗较大，功耗较高；
2)冷水管道在降低空气温度的同时，热水管道会吸收空气中的冷量，效率不高。
发明内容
为了克服现有技术的上述不足，本发明提供一种长隧道气源降温设备，使用该设备不仅能提高降温效率和改善降温效果，还可以简化结构，施工、管理都比较方便，同时，能够实现热量和水源的有效循环利用，功耗低，节能高效。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：主要由水路系统和控制系统两部分组成，其中：所述的水路系统主要由设置在地面的冷水供应子系统、安设在长隧道中的空气源热泵和设置在地面的热水利用子系统三部分，通过两路供水管道依次连接而成循环水路；所述的控制系统主要由设置在地面的控制器和供水管道上安设的抽水泵、流量控制阀、温度传感器、止回阀、压力表，通过通电线路连接而成。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)创造性地采用空气源热泵的原理对隧道空气进行降温，提高了降温效率，简化了系统，施工、管理都比较方便；
(2)铺设的冷水总管道，在一定程度上，冷水总管道内的冷水与长隧道中的空气产生热交换，对隧道空气有一定的冷却降温作用；
(3)水路系统中的热水利用子系统可以较好地将隧道空气中的热量排出，热水利用子系统与冷水供应子系统组成的水路循环，联合实现了长隧道的降温和散热；
(4)在热水利用子系统中，热水总管道输出的热水直接输送到地面低温暖气管道，实现了热量和水源的有效利用，使公众的受益面更广；
(5)地面低温暖气管道中输出的废水，还可以进一步经净化消毒处理后排到地面集中水池，利于实现水的再循环利用，节省水资源。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明一个实施例的结构示意图。
图2是本发明一个实施例中空气源热泵在隧道中的布置图。
图中，1、空气源热泵，2、保温水箱，3、控制器，4、冷却塔，4-1、过滤网，5、地面集中水池，6、地面低温暖气管道，7、23、29、抽水泵，8、 22、过滤器，9、21、止回阀，10、24、25、流量控制阀，11、排污控制阀， 12、压力表，13、温度传感器，14、浮球，15、入口小水流控制阀，16、排污管道，17、冷空气出口，18、热空气进口，19、热水管道，20、冷水管道， 27、冷水总管道，28、热水总管道，30、长隧道。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
图1和图2示出了本发明一个较佳的实施例的结构示意图，图中的一种长隧道气源降温设备，主要由水路系统和控制系统两部分组成，其中：所述的水路系统主要由设置在地面的冷水供应子系统、安设在长隧道30中的空气源热泵1和设置在地面的热水利用子系统三部分，通过两路供水管道依次连接而成循环水路；所述的控制系统主要由设置在地面的控制器3和供水管道上安设的抽水泵7，23，29、流量控制阀10，24，25、温度传感器13、止回阀9，21、压力表12，通过通电线路连接而成。
在本实施例的水路系统中：所述的冷水供应子系统是主要由地面集中水池5、冷却塔4和保温水箱2通过供水管 - 道 位于地面的冷水总管道27连接而成的水冷却通路。所述的热水利用子系统是主要由保温水箱2、地面低温暖气管道6和地面集中水池5通过供水管- 道 位于地面的热水总管道28连接而成的热水利用通路。所述的空气源热泵1在侧面一端设有热空气进口18，其顶端为冷空气出口17，多个沿长隧道30长度方向布置的空气源热泵1均通过其冷空气出口17与隧道顶部的冷空气管道相连；每个空气源热泵1还与保温水箱2分别通过供水管 - 道 位于长隧道30内部的冷水管道20和热水管道 19连通。
参见图2，上述实施例中的多个空气源热泵1可以是布置在长隧道30 内的顶部两侧，两侧的空气源热泵1相向交错排列，这样的排布降温散热效果更均匀，更利于简化设备和提高效率，冷空气管道位于隧道内的顶部中间，冷水管道20和热水管道19在长隧道30内部并排延伸且连接所有的空气源热泵1。
作为本实施例的进一步改进设计，是在连接所述空气源热泵1和保温水箱2的冷水管道20上依次安装止回阀21、抽水泵23、过滤器22、压力表 12和流量控制阀24，在冷水管道20与保温水箱2的连接口设置温度传感器 13；在连接所述保温水箱和冷却塔4的冷水总管道27上依次设有流量控制阀10、止回阀9和过滤器8，在连接冷却塔4和地面集中水池5的冷水总 管道上还设有一个抽水泵29；在连接空气源热泵1和保温水箱2的热水管道 19上安装一个流量控制阀25；在连接保温水箱2和地面低温暖气管道6的热水总管道28上设有一个抽水泵7。过滤器8，22起到二次过滤作用，进一步净化水质。抽水泵7，23，29的设置可以促进水流的循环。止回阀9，21、抽水泵7，23，29、压力表12、流量控制阀10，24，25、温度传感器13均通过控制器3的控制，使设备运行的过程更自动化和智能化。
更进一步地，在每个所述空气源热泵1与冷水管道20连接的冷水入口都安装一个入口小水流控制阀15。用来调节空气源热泵1的进水量。
实施例中，在所述保温水箱2的顶部悬挂一个浮球14，浮球14通过通电线路与控制器3相连。用于监测保温水箱2中的水位。
所述保温水箱2的侧面靠近底部的地方安设一个通向污水池的排污管道 16，排污管道16上设有排污控制阀11。
为了增强冷水的净化效果，可以在所述冷却塔4的内部下方设置一层相对致密的过滤网4-1，用于入水的一次过滤，该过滤网4-1可以采用抗油抗水织布材料。
作为优选的方案，本实施例中，所述的空气源热泵1采用SJK-40G/IIRSC 防爆本安型超高温空气源热泵1，最高出水温度高达90℃，热交换效率高，符合地下空间使用设备和仪器的要求。所述的保温水箱2采用钢制内胆，有隔层，使用聚苯和聚氨酯两种保温材料保温的不锈钢水箱，既能储存热水也能储存冷水。所述的冷却塔4，采用逆流闭式空调型冷却塔，对其出水温度要求在20℃左右。所述的冷水总管道27和热水总管道28均采用涂有聚氨酯材料保温性能好的钢制管道。所述的冷水总管道27和热水总管道28均沿着隧道的壁面，铺设在隧道底部的两旁，避免影响交通。
工作过程如下：
冷水供应：抽水泵29从地面集中水池5抽取常温水源通过冷水总管道 27注入冷却塔4，在冷却塔4内经历热交换和底部致密过滤网4-1的初次过滤后，水源温度降低，接着通入过滤器8中进行二次过滤，然后开启止回阀 9和流量控制器3，经过滤后的冷水源通过止回阀9和流量控制器3进入保温水箱2，经保温水箱2冷水出口处的温度传感器13显示温度合适后，为了保证冷水的清洁和空气源热泵1的正常使用，使用抽水泵23从保温水箱2 中抽取合适温度的冷水依次通过流量控制阀24、压力表12、过滤22和止回阀21注入空气源热泵1，在每个空气源热泵1的入口处还设有入口小水流控制阀15，控制水流的大小和流速。
热空气降温：根据空气源热泵1的工作机理，吸入空气源热泵1的热空气与通入的冷水进行热交换，热空气变冷排出空气源热泵1，实现了周围空气的降温，而空气中的热量则以热水的形式排入热水总管道28。
热水利用：空气源热泵1排出的热水通过热水管道19流入保温水箱2，流量控制阀25控制热水的流量，然后利用抽水泵7将热水输入地面低温暖气管道6，实现热量的合理利用，最后将地面低温暖气管道6排出的废水经净化消毒处理后再次注入地面集中水池5，实现水源的循环利用。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质，对以上实施例所做出任何简单修改和同等变化，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种长隧道气源降温设备，主要由水路系统和控制系统两部分组成，其中：所述的水路系统主要由设置在地面的冷水供应子系统、安设在长隧道(30)中的空气源热泵(1)和设置在地面的热水利用子系统三部分，通过两路供水管道依次连接而成循环水路；
所述的控制系统主要由设置在地面的控制器(3)和供水管道上安设的抽水泵(7，23，29)、流量控制阀(10，24，25)、温度传感器(13)、止回阀(9，21)、压力表(12)，通过通电线路连接而成；
所述的冷水供应子系统是主要由地面集中水池(5)、冷却塔(4)和保温水箱(2)通过供水管道位于地面的冷水总管道(27)连接而成的水冷却通路；
所述的热水利用子系统是主要由保温水箱(2)、地面低温暖气管道(6)和地面集中水池(5)通过供水管道位于地面的热水总管道(28)连接而成的热水利用通路；
所述的空气源热泵(1)在侧面一端设有热空气进口(18)，其顶端为冷空气出口(17)，多个沿长隧道(30)长度方向布置的空气源热泵(1)均通过其冷空气出口(17)与隧道顶部的冷空气管道相连；每个空气源热泵(1)还与保温水箱(2)分别通过供水管道位于长隧道(30)内部的冷水管道(20)和热水管道(19)连通；
其特征是：所述多个空气源热泵(1)布置在长隧道内的顶部两侧，两侧的空气源热泵(1)相向交错排列，冷空气管道位于隧道内的顶部中间，冷水管道(20)和热水管道(19)在长隧道(30)内部并排延伸且连接所有的空气源热泵(1)。
2.根据权利要求1所述的一种长隧道气源降温设备，其特征是：在连接所述空气源热泵(1)和保温水箱(2)的冷水管道(20)上依次安装止回阀(21)、抽水泵(23)、过滤器(22)、压力表(12)和流量控制阀(24)，在冷水管道(20)与保温水箱(2)的连接口设置温度传感器(13)；在连接所述保温水箱(2)和冷却塔(4)的冷水总管道(27)上依次设有流量控制阀(10)、止回阀(9)和过滤器(8)，在连接冷却塔(4)和地面集中水池(5)的冷水总管道(27)上还设有一个抽水泵(29)；在连接空气源热泵(1)和保温水箱(2)的热水管道(19)上安装一个流量控制阀(25)；在连接保温水箱(2)和地面低温暖气管道(6)的热水总管道(28)上设有一个抽水泵(7)。
3.根据权利要求1或2任一项所述的一种长隧道气源降温设备，其特征是：在每个所述空气源热泵(1)与冷水管道(20)连接的冷水入口都安装一个入口小水流控制阀(15)。
4.根据权利要求1或2任一项所述的一种长隧道气源降温设备，其特征是：在所述保温水箱(2)的顶部悬挂一个浮球(14)，浮球(14)通过通电线路与控制器(3)相连。
5.根据权利要求1或2任一项所述的一种长隧道气源降温设备，其特征是：所述保温水箱(2)的侧面靠近底部的地方安设一个通向污水池的排污管道(16)，排污管道(16)上设有排污控制阀(11)。
6.根据权利要求1或2任一项所述的一种长隧道气源降温设备，其特征是：在所述冷却塔(4)的内部下方设置一层过滤网(4-1)。
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- 2017-05-18 CN CN201710350592.3A patent/CN107327311B/zh not_active Expired - Fee Related
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