CN211227942U - 一种利用太阳能光伏技术的隧道洞口段保温系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种利用太阳能光伏技术的隧道洞口段保温系统，包括路面加热系统和供电系统，路面加热系统铺设在隧道洞口段路面内；供电系统与路面加热系统连接，用于为路面加热系统提供电能；路面加热系统包括加热电缆和电源电缆，加热电缆铺设在路面混凝土内部，电源电缆铺设在隧道电缆槽内，电源电缆的一端与加热电缆连接，另一端与供电系统连接；本实用新型在隧道洞口段的混凝土路面内设置路面加热系统，采用加热电缆对寒区隧道洞口进行加热，加热电缆辐射的热量通过结构层传输到结构表面，通过显热和潜热的方式加热冰雪，使其融化；本实用新型加热效果好，对路面无侵蚀作用，使用寿命长；加热电缆埋设于路面下，不需占用隧道的内部空间。

Description

一种利用太阳能光伏技术的隧道洞口段保温系统

技术领域

本实用新型涉及寒区隧道的防冻保温技术领域，特别涉及一种利用太阳能光伏技术的隧道洞口段保温系统。

背景技术

随着我国公路建设的高速发展，公路网逐渐完善，公路隧道的建设数量和规模不断增大，修建在高纬度、高海拔的寒冷气候条件下的隧道数量相应增多。寒冷气候对公路的安全运营有明显影响，我国寒冷地区冬季气温达到零度以下，大气降雪就会使路面积雪、结冰，路面的摩擦系数极大降低，使通行能力和安全系数显著降低，由汽车刹车失灵、方向失控等原因导致的交通事故频繁发生，亦发生较多连续追尾撞车事故，交通堵塞、发生交通事故发生的概率增大。

寒区隧道洞口段路面积雪结冰是影响隧道安全运营的巨大隐患，在车辆进出隧道时，由于隧道洞口的冰雪造成交通事故的例子比比皆是，严重危及驾驶人和乘客的安全，隧道洞口段路面的抗滑问题已成为研究重点。为确保隧道洞口段道路畅通，保障道路正常运营效率，必须采取有效的融雪化冰措施清除隧道洞口的冰雪。目前，应用较广泛的人工清除、机械清除、除冰盐等融雪化冰方法，上述常规处理措施，无法长久有效解决隧道洞口段的积雪结冰问题；同时，对于路面结构和外界环境的破坏比较明显，引起较大的损失。

实用新型内容

针对现有技术中存在的技术问题，本实用新型的目的在于提供一种利用太阳能光伏技术的隧道洞口段保温系统，以解决寒区隧道工程洞口段路面的积雪结冰问题，减少路面的病害治理、融雪化冰费用和养护维修费用，有效保护环境和提高经济与社会效益。

为达到实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

本实用新型提供了一种利用太阳能光伏技术的隧道洞口段保温系统，包括路面加热系统和供电系统，路面加热系统铺设在隧道洞口段路面内；供电系统与路面加热系统连接，用于为路面加热系统提供电能；路面加热系统包括加热电缆和电源电缆，加热电缆铺设在路面混凝土内部，电源电缆的一端与加热电缆连接，另一端与供电系统连接；供电系统为太阳能供电系统。

进一步的，路面混凝土包括由下到上依次设置的水泥混凝土层、中集料沥青混凝土层及细集料沥青混凝土，加热电缆设置在水泥混凝土层和中集料沥青混凝土层之间，水泥混凝土层的上表面上设置凹槽，加热电缆设置在凹槽内，凹槽的上部平铺设置有钢丝网，钢丝网的上部依次设置中集料沥青混凝土层和细集料沥青混凝土层。

进一步的，凹槽槽底设置隔热材料，加热电缆设置在隔热材料的上部。

进一步的，加热电缆采用自限式加热带，加热电缆采用蛇形布设。

进一步的，自限式加热带包括两根平行的金属线芯、PTC材料、绝缘保护层、屏蔽层及耐腐蚀层；PTC材料挤塑设置在两根平行的金属线芯中间，金属线芯和PTC材料形成芯带；绝缘保护层包覆在芯带的外侧；屏蔽层包裹在绝缘保护层的外侧，耐腐蚀层包裹在屏蔽层的外侧。

进一步的，供电系统包括太阳能电池组件、直流接线箱、并网光伏控制与逆变一体机、公共电网及蓄电池；太阳能电池组件的输出端与直流接线箱的一端连接直流接线箱的另一端与并网光伏控制与逆变一体机的输入端连接；并网光伏控制与逆变一体机的第一输出端与公共电网连接，并网光伏控制与逆变一体机的第二输出端通过交流电电源线与蓄电池的输入端连接；蓄电池的输出端与电源电缆连接；并网光伏控制与逆变一体机的第三输出端与电源电缆连接；公共电网与电源电缆连接。

进一步的，太阳能电池组件包括太阳能光伏板和光伏板支架，光伏板支架设置在隧道洞口处，太阳能光伏板固定设置在光伏板支架上，太阳能光伏板之间串并联连接后与直流接线箱连接。

进一步的，光伏板支架采用钢结构支架或浇筑混凝土结构。

进一步的，太阳能光伏板采用遮阳板结构，太阳能光伏板采用半透明光伏板。

进一步的，蓄电池采用硅能蓄电池。

与现有技术比，本实用新型的有益效果有：

本实用新型提供了一种利用太阳能光伏技术的隧道洞口段保温系统，通过在隧道洞口段的混凝土路面内设置路面加热系统，采用加热电缆对寒区隧道洞口进行加热，加热电缆辐射的热量通过结构层传输到结构表面，通过显热和潜热的方式加热冰雪，使其融化，解决了寒区隧道工程洞口段路面的积雪结冰问题；本实用新型加热效果好，对路面无侵蚀作用，环保无污染，使用寿命长；并且加热电缆埋设于路面下，不需占用隧道的内部空间。

进一步的，加热电缆弯曲铺设在水泥混凝土层的上表面上设置凹槽内，避免了路面变形时加热电缆受力过大。

进一步的，通过在加热电缆的底部设置隔热材料，确保了加热电缆所产生的热量向上部扩散，从而提高热利用率。

进一步的，加热电缆采用自限式加热带，自限式加热带采用蛇形布设，增加了受热面，降低了单位长度面积上的散热，使路面受热更均匀，同时提高了热量利用率。

进一步的，自限式加热带的发热元件采用PTC发热材料，随着温度升高，电阻升高，达到一定限值时，高电阻就会隔断电流，发热材料温度不再升高，保持恒定温度。本系统不仅有良好的加热效果，而且操作性简单；自限式加热带的外侧包覆有屏蔽层或/和耐腐蚀层，提高了自限式加热带的使用范围和使用寿命。

进一步的，供电系统采用并网的方式把太阳能电池组件和公共电网连接起来，充分发挥各自的优势，在蓄电池储能不足情况下，供电系统也能正常运行，减少了蓄电池的使用数量，降低了造价；采用并网光伏控制与逆变一体机，避免了分别设置控制器和逆变器产生线路混乱的问题，从而系统更加智能、高效、安全、可靠。

进一步的，太阳能电池组件的发电方式采用光伏板发电，充分利用太阳能资源，绿色环保。

进一步的，太阳能光伏板以遮阳蓬的形式安放在隧道洞口前，安装太阳能光伏板不仅不需要考虑洞口地形的限制，还能为司机减少阳光的直射，尽早适应洞内亮度，减小由于明暗效应给司机带来的不舒适性，从而保证了隧道洞内的行车安全。

附图说明

图1为本实用新型所述的隧道洞口段保温系统整体布置结构示意图；

图2为本实用新型所述的隧道洞口段保温系统中的光伏并网系统工作原理示意图；

图3为本实用新型所述的隧道洞口段保温系统中的加热电缆结构示意图。

其中，1路面加热系统，2供电系统，3路面混凝土；11加热电缆，12电源电缆；21太阳能电池组件，22直流接线箱，23并网光伏控制与逆变一体机，24公共电网，25蓄电池；31 水泥混凝土层，32中集料沥青混凝土层，33细集料沥青混凝土层；211太阳能光伏板，212光伏板支架。

具体实施方式

下面结合本实用新型实施例的附图对本实用新型实施例的技术方案进行解释和说明，但下述实施例仅为本实用新型的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。

参考附图1-3所示，本实用新型提供了一种利用太阳能光伏技术的隧道洞口段保温系统，包括路面加热系统1和供电系统2，路面加热系统1与供电系统22，路面加热系统1铺设在隧道洞口段路面内，用于对隧道洞口段路面进行加热保温；供电系统2与路面加热系统1连接，用于为路面加热系统1提供电能。

路面加热系统1包括加热电缆11和电源电缆12，加热电缆11铺设在路面混凝土3内；路面混凝土3包括由下到上依次设置的水泥混凝土层31、中集料沥青混凝土层32及细集料沥青混凝土层33，加热电缆11设置在水泥混凝土层31和中集料沥青混凝土层32之间，水泥混凝土层31上表面设置有凹槽，凹槽的底部设置隔热材料，加热电缆11设置在凹槽内，使加热电缆11所产生的热量向上部扩散，从而提高热量的利用率。加热电缆11在凹槽中为松弛状态，不可拉伸过紧，且设置有一定的弯曲，避免路面混凝土变形时，加热电缆受力过大造成损伤；加热电缆11采用线卡和水泥钉固定在凹槽内。凹槽的上部设置一层钢丝网，钢丝网的上部依次铺设中集料沥青混凝土和细集料沥青混凝土，钢丝网用于阻隔加热电缆11与中集料沥青混凝土的直接接触。电源电缆12沿着路面板边缘的电缆槽铺设，加热电缆11与电源电缆12的一端连接，电源电缆12的另一端与供电系统2连接。

加热电缆11采用自限式加热带，自限式加热带采用蛇形布设，增加了受热面，降低了单位长度面积上的散热，使路面受热更均匀，同时提高了热量利用率。

供电系统2包括太阳能电池组件21、直流接线箱22、并网光伏控制与逆变一体机23、公共电网24及蓄电池25；太阳能电池组件21的输出端通过直流电电源线与直流接线箱22的一端连接，直流接线箱22的另一端与并网光伏控制与逆变一体机23的输入端连接，并网光伏控制与逆变一体机23的第一输出端通过交流电电源线与公共电网24连接，并网光伏控制与逆变一体机23的第二输出端通过电源线与蓄电池25的输入端连接，蓄电池25的输出端与路面加热系统1中的电源电缆12连接；并网光伏控制与逆变一体机23的第三输出端通过交流电电源线与路面加热系统1中的电源电缆12连接；公共电网24通过交流电电源线与路面加热系统 1中的电源电缆12连接。

太阳能电池组件21为能源转化设置，其将光能转化为直流电能，并通过蓄电池储存电能。控制器的作用是防止蓄电池过充，从而延长蓄电池的使用寿命；逆变器是将直流电能转化为可供加热电缆使用的交流电能的设备。

供电系统2中太阳能电池组件21以并网的方式与公共电网连接，在光照充足条件下，太阳能光伏板可以将大量的光能转化为电能，通过并网光伏控制与逆变一体机23将直流电转变为满足公共电网和加热电缆要求交流电，一部分交流电为加热电缆提供电源，另一部分交流电进入公共电网；此时太阳能电池组件不仅提供给各回路中加热电缆的交流电，还能向公共电网反馈剩余电力。在光照不足的条件下，太阳能电池组件产生的电能较少，无法满足加热电缆的实际用电需求，此时由公共电网直接向加热电缆供电；综上，以并网的方式将太阳能电池组件与公共电网相连，可大大减少蓄电池的数量，降低了系统造价。

太阳能电池组件21包括太阳能光伏板211和光伏板支架212，光伏板支架212设置在隧道洞口处，光伏板支架212采用钢结构支架或浇筑混凝土结构，太阳能光伏板211固定设置在光伏板支架212上，太阳能光伏板211之间串并联连接后与直流接线箱22连接。

安装施工过程

路面加热系统施工时，在寒区隧道水泥混凝土层铺设完成后，在其上表面刻画预设深度的凹槽，在凹槽槽底铺设隔热材料；通过在凹槽底部设置隔热材料，确保了加热电缆11所产生的热量向上部扩散，从而提高了热利用率；然后将加热电缆11固定设置在凹槽内，加热电缆11通过线卡和水泥钉固定在凹槽中，加热电缆11在凹槽中预设有一定的弯曲度，不可拉伸太紧，以免路面变形时电缆受力过大；加热电缆铺好后，在水泥混凝土层上铺一层钢丝网，之后与正常复合路面施工相同，依次施工中集料沥青混凝土层和细集料沥青混凝土层；加热电缆 11的出线端在路面板边缘跨越路面边沟进入电缆槽接到电源电缆12。

供电系统施工时，首先进行光伏板支架212的施工，光伏板支架212采用浇筑混凝土或钢结构方阵支架，光伏板支架212设置在隧道洞口；光伏板支架212施工完成后，将太阳能光伏板211安装在光伏板支架212的中上部位，确保太阳能光伏板211能够充分吸收太阳能；然后对太阳能光伏板之间进行串并联连接；太阳能光伏板211在安装过程中需对方阵中的各块太阳能光伏板的方位角和倾斜角控制，还有组件参数核对；避免各个太阳能光伏板之间的干扰，保证太阳能光伏板安装平衡，满足运行需要；其次，在太阳能光伏板方阵附近设置测量维护设备，在太阳能光伏板出现故障时，保证能及时进行维修；直流接线箱22设置在隧道洞口附近的平整地方；在洞口附近路基上施作一块平整的空地，安置并网光伏控制与逆变一体机，把光伏系统和公共电网连接起来，并在安置并网光伏控制与逆变一体机的一侧配备一台交流配电柜，当太阳的光照充足时，利用交流配电柜将光伏系统产生的多余的电能反馈给公共电网和储存在蓄电池内，当光照不足，并且蓄电池电力不够时，利用配电柜把公共电网的电能供给加热电缆使用；储存电能的蓄电池应安放在隧洞中设置的存储室内，以保证应急需要。

光伏系统的施工实施步骤为，首先是光伏板6方阵支架的施工，可以采用浇筑混凝土的方式施作，也可采用钢架的方式。光伏板遮阳棚支架7施作完成后，把光伏板6安装在支架的中上部位，可以充分吸收太阳能，并对光伏板之间进行串并联连接，在安装过程中需注意，方阵中的各块光伏板的方位角和倾斜角控制，还有组件参数核对，避免组件间的干扰，保证太阳能光伏板安装平衡，满足系统运行需要。另外，需要在光伏板方阵附近配测量维护设备，在出现故障时，保证能及时进行维修。

实施例

本实用新型所述的一种利用太阳能光伏技术的隧道洞口段保温系统，包括路面加热系统和供电系统；路面加热系统是一种辐射型供暖系统，以电热丝为热源，以给发热电缆通电的方式将电能转化成热能，再传递给被加热体，并通过外层隔热材料的保护，以达到系统需要的供暖、保温的效果。

供电系统2包括太阳能电池组件21、直流接线箱22、并网光伏控制与逆变一体机23、公共电网24及蓄电池25；其中，太阳能电池组件21为能源转化设备，其将光能转化为直流电能，并通过蓄电池储存电能；并网光伏控制与逆变一体机23一方面的作用是防止蓄电池过充，实现延长蓄电池的使用寿命；另一方面的作用是将直流电能转化可供加热电缆使用的交流电能。

供电系统2中的太阳能电池组件21以并网的方式和公共电网连接；在光照充足时，太阳能光伏板可以把大量的光能转化为电能，并通过并网光伏控制与逆变一体机23将直流电转变为满足公共电网24要求的交流电，然后进入公共电网，此时光伏系统不仅提供给各回路中加热电缆11的交流电，还能向公共电网24反馈剩余电力；在光照不足时，太阳能电池组件21 产生的电能较少，无法满足加热电缆11的实际用电需求，此时由公共电网24进行供电。因此，以并网的方式将光伏系统和公共电网相连，可大大减少蓄电池的数量，降低造价。

路面加热系统中，加热电缆11采用自限式加热带，自限式加热带的加热元件具有很高的正温度系数PTC，也称其为PTC材料，自限式加热带能够将电能转化为热能。将PTC材料均匀的挤塑在两根平行的金属线芯间形成芯带，在芯带外包裹一层绝缘材料作为保护层，对有特定需求的还可以增加屏蔽层和耐腐蚀层。当接通电源时，电源通过一根线芯经PTC材料到另一根线芯从而形成回路，发热体是一个整体，所以这种电热带不容易因各种结构原因造成断电，失去发热效果。考虑到极端气温环境和地域条件的影响，太阳能光伏板可以使用半透明的型号，以遮阳棚的形式安装并放置在隧道洞口前的地方，减小司机在进洞时明暗效应所带来的不舒适性，保证隧道的行车安全；蓄电池采用硅能蓄电池，其在使用过程中无任何危害，无酸雾、无漏夜且不腐蚀极板，比较环保。本实用新型采用的是并网光伏控制与逆变一体机，具有智能、高效、安全、可靠等优点，可以避免传统技术带来的线路混乱，取消额外汇流箱的辅助。

本实用新型提供了一种利用太阳能光伏技术的隧道洞口段保温系统，利用加热电缆给路面供暖，不仅加热效果良好，环保无污染，操作简便，还不会对路面造成磨损，保持平整性；通过采用太阳能光伏板和市电相结合的使用方式，不仅绿色环保，还能发挥各自的优势，节省工程成本，在光照不充足的情况下，不用担心加热电缆供热不足。因此，本实用新型有效提高了寒区隧道通行能力，同时提高了司乘人员的行车安全性与舒适性，从而全面提高隧道的服务质量和运营效率。

Claims (10)

1.一种利用太阳能光伏技术的隧道洞口段保温系统，其特征在于，包括路面加热系统(1)和供电系统(2)，路面加热系统(1)铺设在隧道洞口段路面内；供电系统(2)与路面加热系统(1)连接，用于为路面加热系统(1)提供电能；路面加热系统(1)包括加热电缆(11)和电源电缆(12)，加热电缆(11)铺设在路面混凝土(3)内部，电源电缆(12)的一端与加热电缆(11)连接，另一端与供电系统(2)连接；供电系统(2)为太阳能供电系统。

2.根据权利要求1所述的一种利用太阳能光伏技术的隧道洞口段保温系统，其特征在于，路面混凝土(3)包括由下到上依次设置的水泥混凝土层(31)、中集料沥青混凝土层(32)及细集料沥青混凝土(33)，加热电缆(11)设置在水泥混凝土层(31)和中集料沥青混凝土层(32)之间，水泥混凝土层(31)的上表面上设置凹槽，加热电缆(11)设置在凹槽内，凹槽的上部平铺设置有钢丝网，钢丝网的上部依次设置中集料沥青混凝土层和细集料沥青混凝土层。

3.根据权利要求2所述的一种利用太阳能光伏技术的隧道洞口段保温系统，其特征在于，凹槽槽底设置隔热材料，加热电缆(11)设置在隔热材料的上部。

4.根据权利要求1所述的一种利用太阳能光伏技术的隧道洞口段保温系统，其特征在于，加热电缆(11)采用自限式加热带，加热电缆(11)采用蛇形布设。

5.根据权利要求4所述的一种利用太阳能光伏技术的隧道洞口段保温系统，其特征在于，自限式加热带包括两根平行的金属线芯、PTC材料、绝缘保护层、屏蔽层及耐腐蚀层；PTC材料挤塑设置在两根平行的金属线芯中间，金属线芯和PTC材料形成芯带；绝缘保护层包覆在芯带的外侧；屏蔽层包裹在绝缘保护层的外侧，耐腐蚀层包裹在屏蔽层的外侧。

6.根据权利要求1所述的一种利用太阳能光伏技术的隧道洞口段保温系统，其特征在于，供电系统(2)包括太阳能电池组件(21)、直流接线箱(22)、并网光伏控制与逆变一体机(23)、公共电网(24)及蓄电池(25)；太阳能电池组件(21)的输出端与直流接线箱(22)的一端连接直流接线箱(22)的另一端与并网光伏控制与逆变一体机(23)的输入端连接；并网光伏控制与逆变一体机(23)的第一输出端与公共电网(24)连接，并网光伏控制与逆变一体机(23)的第二输出端通过交流电电源线与蓄电池(25)的输入端连接；蓄电池(25)的输出端与电源电缆(12)连接；并网光伏控制与逆变一体机(23)的第三输出端与电源电缆(12)连接；公共电网(24)与电源电缆(12)连接。

7.根据权利要求6所述的一种利用太阳能光伏技术的隧道洞口段保温系统，其特征在于，太阳能电池组件(21)包括太阳能光伏板(211)和光伏板支架(212)，光伏板支架(212)设置在隧道洞口处，太阳能光伏板(211)固定设置在光伏板支架(212)上，太阳能光伏板(211)之间串并联连接后与直流接线箱(22)连接。

8.根据权利要求7所述的一种利用太阳能光伏技术的隧道洞口段保温系统，其特征在于，光伏板支架(212)采用钢结构支架或浇筑混凝土结构。

9.根据权利要求7所述的一种利用太阳能光伏技术的隧道洞口段保温系统，其特征在于，太阳能光伏板(211)采用遮阳板结构，太阳能光伏板(211)采用半透明光伏板。

10.根据权利要求1所述的一种利用太阳能光伏技术的隧道洞口段保温系统，其特征在于，蓄电池(25)采用硅能蓄电池。

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