CN109826645A - 一种可提取热能的隧道衬砌结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可提取热能的隧道衬砌结构，包括热能砌块(4)，所述热能砌块(4)安装在所述隧道壁上；包括混泥土加固砌块(5)、高密度聚乙烯管路(6)、钢筋笼(7)以及砌块留空区(8)；所述高密度聚乙烯管路(6)缠绕在所述钢筋笼(7)上，所述钢筋笼(7)嵌入所述混泥土加固砌块(5)内；所述砌块留空区(8)设置在两块所述热能砌块(4)的连接处，两个所述热能砌块(4)的高密度聚乙烯管路(6)的接口处在所述砌块留空区(8)通过管道活接头(11)进行连接。本发明利用隧道衬砌的热能砌块结构将隧道内的热量利用起来，不仅能降低热隧道通风冷却系统的运营成本，而且还能使城市地铁隧道为地热开采提供巨大的潜力。
Description
技术领域
本发明涉及能源地质结构领域，具体涉及一种能源地质结构中可提取热能的隧道衬砌结构。
背景技术
能源地下结构是一个由传统地下结构(如深基础和浅基础，隧道衬砌，地下连续墙等)和可以和地下岩土体进行能量交换的高密度聚乙烯管路组成的系统。它利用地下结构与地下岩土体导热，达到为建筑物提供加热或者制冷的目的。目前，能源地下结构被广泛地应用在欧美地区，不仅能为建筑和公共设施提供日益增长的供热和制冷需求，还是一种清洁环保的可再生能源。在这些能源结构中，隧道作为一种能源地质结构，其工程应用仍然处于一片空白，但是它的应用价值和换热量非常可观：通过发明人团队在南京地铁1号线的监测，隧道内空气温度与地表日平均温度可相差5℃以上，列车通过壁面热流可达10～32W/m2，这些热量足已用于上部建筑物换热需求。
根据隧道的不同局部条件和特征可以简单地分类为“冷”和“热”隧道。
在冷隧道中，全年气温相对较低(约15℃)，列车通过的频率适中，这种类型的隧道通常具有10-12m大内径，隧道中的产生的热量对周围岩土的温度变化影响不大，比如公路隧道。
另一方面，热隧道通常表现出较高的内部温度，列车高频率地通过，导致制动和启动时的额外热量输入，如内径约为7米的城市隧道(如地铁隧道)，夏季温度约为30℃，这会增加隧道内的空气温度。在这种隧道中，需要增加通风井，对隧道进行冷却以保证隧道在安全的运行范围内。若将这部分热量利用起来，不仅能降低热隧道通风冷却系统的运营成本，而且还能使城市地铁隧道为热能开采提供巨大的潜力。
发明内容
发明目的：本发明针对上述问题，提出了一种利用隧道内部嵌入封闭环路的全系统，并且给出了隧道衬砌的换热砌块结构。
一种可提取热能的隧道衬砌结构，所述热能砌块安装在所述隧道壁上；包括混泥土加固砌块、高密度聚乙烯管路、钢筋笼以及砌块留空区；
所述高密度聚乙烯管路缠绕在所述钢筋笼上，所述钢筋笼嵌入所述混泥土加固砌块内；所述高密度聚乙烯管路包括采用高密度聚乙烯材料的内层、采用聚乙烯聚合物材料的中间层以及由乙烯-乙烯醇的阻隔层形成的外层；所述高密度聚乙烯管路为U型并排并联，形成蛇形管路；
所述砌块留空区设置在两块所述热能砌块的连接处，两个所述热能砌块的高密度聚乙烯管路的接口处在所述砌块留空区通过管道活接头进行连接。
相邻的所述砌块留空区之间周向间距为180～200cm。
所述砌块留空区的大小：长20cm，宽10cm，高30cm。
在每隔10个所述砌块留空区接口处，设置一个调压阀。
所述高密度聚乙烯管路采用PE-Xa等级。
所述高密度聚乙烯管路的外径为20毫米，单个所述高密度聚乙烯管路的平均间距为25-30厘米，长度为80-100厘米。
所述高密度聚乙烯管路在所述混泥土加固砌块浇筑之前进行所述热能砌块的模板配置。
有益效果：
1、本发明利用隧道衬砌的热能砌块结构将隧道内的热量利用起来，不仅能降低热隧道通风冷却系统的运营成本，而且还能使城市地铁隧道为地热开采提供巨大的潜力。
2、采用高密度聚乙烯管路，减少了大量循环水管道内水体循环流动阻力，且避免了氧气的渗透，能够承受高压和回火，抗腐蚀和保证高耐久性。
3、设置了砌块留空区，用于高密度聚乙烯管路连接，并设置了调压阀，用于释放高密度聚乙烯管路内的气压，防止高密度聚乙烯管路破裂。而且，设置了砌块留空区可以在管道发生扭转时，允许管道伸长或压缩，在隧道温度变化，作为相邻热能砌块4热胀冷缩时使压力的体积的缓冲带。
附图说明
图1为热能衬砌上建筑物热泵系统连接的示意图。
图2为本发明的热能砌块结构示意图。
图3为本发明的高密度聚乙烯管路设计示意图。
图4为本发明的砌块留空区结构示意图。
图中附图标记：1、热泵系统，2、入水主管道，3、出水主管道，4、热能砌块，5、混泥土加固砌块，6、高密度聚乙烯管路，7、钢筋笼，8、砌块留空区，10、混泥土砌块空区，11、管道活接头，12、调压阀。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。
图1为热能衬砌上建筑物热泵系统连接的示意图。如图1所示，热能衬砌上建筑物热泵系统包括若干热能砌块4、进水管道2、出水管道3及热泵1；所述热能砌块4安装在所述隧道壁上，在所述热能砌块4上通过所述进水管道2和所述出水管道3与所述热泵1连接。隧道中快速移动的火车产生的系统热量，通过安装在所述隧道壁上的所述热能砌块4吸收，再通过所述进水管道2和所述出水管道3中的循环水运输到所述热泵1，并进行生活热水的利用和取热。
图2为本发明的热能砌块结构示意图，如图2所示，所述热能砌块4包括混泥土加固砌块5、高密度聚乙烯管路6、钢筋笼7以及砌块留空区8；所述高密度聚乙烯管路6缠绕在所述钢筋笼7上，所述钢筋笼7嵌入所述混泥土加固砌块5内；在所述热能砌块4上还设置有砌块留空区8，相邻的所述砌块留空区8之间周向间距为180～200cm，用于对所述热能砌块4节段之间高密度聚乙烯管路6的进行连接。
图3为本发明的高密度聚乙烯管路设计示意图。如图3所示，所述高密度聚乙烯管路6是PE-Xa等级的，由三个层组成：高密度聚乙烯材料的内层、聚乙烯聚合物材料的中间层以及由乙烯-乙烯醇(EVOH)的阻隔层形成的外层，所述内层采用高密度聚乙烯材料，以减少所述进水管道2和所述出水管道3上的连接数量，从而减少因此造成的大量管内水体循环流动阻力；采用由乙烯-乙烯醇(EVOH)的阻隔层形成的外层避免了氧气的渗透。本发明采用的所述高密度聚乙烯管路6能够承受高压和回火，抗腐蚀和保证高耐久性。
所述高密度聚乙烯管路6为U型并排并联，形成蛇形管路，以保证在15bar压力下100年的耐久性。所述高密度聚乙烯管路6的外径为20毫米，单个所述高密度聚乙烯管路6的平均间距为25至30厘米，长度为80-100cm。
所述高密度聚乙烯管路6需在所述混泥土加固砌块5浇筑之前进行热能砌块4模板配置。
图4为本发明的砌块留空区结构示意图。如图4所示，在两块所述热能砌块的连接处，还设有连接长宽高为20×10×30cm的砌块留空区8，其具有两方面的功能：1，对高密度聚乙烯管路6进行连接，两个所述高密度聚乙烯管路6的接口处用管道活接头11进行连接，并在每隔10个所述砌块留空区8接口处，设置一个调压阀12，用于释放所述高密度聚乙烯管路6内的气压，防止高密度聚乙烯管路6破裂；2、如果连接处发生扭转，所述砌块留空区8还允许管道之间伸长/压缩，在隧道温度变化，作为相邻热能砌块4热胀冷缩时使压力的体积的缓冲带。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换(如数量、形状、位置等)，这些等同变换均属于本发明的保护。
Claims (7)
1.一种可提取热能的隧道衬砌结构，包括热能砌块(4)，所述热能砌块(4)安装在所述隧道壁上；其特征在于：所述热能砌块(4)包括混泥土加固砌块(5)、高密度聚乙烯管路(6)、钢筋笼(7)以及砌块留空区(8)；
所述高密度聚乙烯管路(6)缠绕在所述钢筋笼(7)上，所述钢筋笼(7)嵌入所述混泥土加固砌块(5)内；所述高密度聚乙烯管路(6)包括采用高密度聚乙烯材料的内层、采用聚乙烯聚合物材料的中间层以及由乙烯-乙烯醇的阻隔层形成的外层；所述高密度聚乙烯管路(6)为U型并排并联，形成蛇形管路；
所述砌块留空区(8)设置在两块所述热能砌块(4)的连接处，两个所述热能砌块(4)的高密度聚乙烯管路(6)的接口处在所述砌块留空区(8)通过管道活接头(11)进行连接。
2.根据权利要求1所述的隧道衬砌结构，其特征在于：相邻的所述砌块留空区(8)之间周向间距为180～200cm。
3.根据权利要求1所述的隧道衬砌结构，其特征在于：所述砌块留空区(8)的大小：长20cm，宽10cm，高30cm。
4.根据权利要求1所述的隧道衬砌结构，其特征在于：在每隔10个所述砌块留空区(8)接口处，设置一个调压阀(12)。
5.根据权利要求1所述的隧道衬砌结构，其特征在于：所述高密度聚乙烯管路(6)采用PE-Xa等级。
6.根据权利要求1所述的隧道衬砌结构，其特征在于：所述高密度聚乙烯管路(6)的外径为20毫米，单个所述高密度聚乙烯管路(6)的平均间距为25-30厘米，长度为80-100厘米。
7.根据权利要求1所述的隧道衬砌结构，其特征在于：所述高密度聚乙烯管路(6)在所述混泥土加固砌块(5)浇筑之前进行所述热能砌块(4)的模板配置。
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