利用隧道内地热的融雪化冰系统.pdf

本发明公开了一种利用隧道内地热的融雪化冰系统，包括热泵机组、供热管和热交换管；所述供热管和热交换管分别与热泵机组连通形成相互独立的两个循环管路；供热管和热交换管内的流体由热泵机组提供循环流动的动力并且通过热泵机组进行热交换；本发明的利用隧道内地热的融雪化冰系统，能利用高温地热区丰富的地热资源，将隧道内地热能量通过管道传到路面，从而达到主动融雪化冰的目的，不仅可解决春冬季节路面积雪结冰，改善道路行车安全问题，提高沥青路面服务质量，降低交通事故率及经济损失，保护人民群众生命与财产安全，还能维持沥青路面使用性能，延长使用寿命，减少使用氯盐融雪剂对环境的危害，具有良好的经济效益，合理的应用地热能这种可再生、可持续的能源。

1.  一种利用隧道内地热的融雪化冰系统，其特征在于：包括热泵机组、供 热管和热交换管；所述供热管和热交换管分别与热泵机组连通形成相互独立的 两个循环管路；供热管和热交换管内的流体由热泵机组提供循环流动的动力并 且通过热泵机组进行热交换。

2.  根据权利要求1所述的利用隧道内地热的融雪化冰系统，其特征在于： 还包括连接于热泵机组进水端的集水器和连接于热泵机组出水端的分水器；所 述集水器和分水器通过相应的集水管和分水管连接于热交换管使集水器、集水 管、热交换管、分水管、分水器和热泵机组构成回路。

3.  根据权利要求1所述的利用隧道内地热的融雪化冰系统，其特征在于： 所述供热管埋设于隧道洞口和隧道洞口外道路二衬和保温层之间及路面以下 5cm～15cm深度处；所述热交换管埋设在隧道中部初衬和二衬之间。

4.  根据权利要求3所述的利用隧道内地热的融雪化冰系统，其特征在于： 所述供热管为U形管道或S形管道。

5.  根据权利要求3所述的利用隧道内地热的融雪化冰系统，其特征在于： 所述热交换管为S形管道。

利用隧道内地热的融雪化冰系统
技术领域
本发明涉及一种融雪化冰系统，尤其涉及一种利用隧道内地热的融雪化冰 系统。
背景技术
目前藏区、新疆及北方地区高速公路建设普遍存在冰冻灾害现象，尤其是 低海拔向高海拔的过渡段，随着海拔的急剧提升，冬春季常有冰冻积雪；对于 低温天气，隧道洞口衬砌常有冻害问题，影响着结构安全性；而隧道外道路经 常会出现积雪冰冻现象，严重影响着道路交通安全。
因此，需要一种融雪化冰系统，以解决隧道冻害问题，减少道路交通安全 隐患。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种利用隧道内地热的融雪化冰系统，能 利用地热能源解决隧道冻害问题，减少道路交通安全隐患。
本发明的利用隧道内地热的融雪化冰系统，包括热泵机组、供热管和热交 换管；所述供热管和热交换管分别与热泵机组连通形成相互独立的两个循环管 路；供热管和热交换管内的流体由热泵机组提供循环流动的动力并且通过热泵 机组进行热交换；
进一步，还包括连接于热泵机组进水端的集水器和连接于热泵机组出水端 的分水器；所述集水器和分水器通过相应的集水管和分水管连接于热交换管使 集水器、集水管、热交换管、分水管、分水器和热泵机组构成回路；
进一步，所述供热管埋设于隧道洞口和隧道洞口外道路二衬和保温层之间 及路面以下5cm～15cm深度处；所述热交换管埋设在隧道中部初衬和二衬之间；
进一步，所述供热管为U形管道或S形管道；
进一步，所述热交换管为S形管道。
本发明的有益效果是：本发明的利用隧道内地热的融雪化冰系统，能利用 高温地热区丰富的地热资源，将隧道内地热能量通过管道传到路面，从而达到 主动融雪化冰的目的，可以不需要人工或机械消除，也可以避免融雪剂带来的 不良后果，将地热资源进行有效利用，是绿色环保的道路融雪化冰技术，具有 良好的经济社会效益，不仅可解决春冬季节路面积雪结冰，改善道路行车安全 问题，提高沥青路面服务质量，降低交通事故率及经济损失，保障春冬季山区 道路交通畅达，保护人民群众生命与财产安全，还能维持沥青路面使用性能， 延长使用寿命，降低养护维修成本，减少使用氯盐融雪剂对环境的危害，具有 良好的经济效益，合理的应用地热能这种可再生、可持续的能源。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的模型图；
图3为隧道断面示意图；
图4为本发明的原理方框图。
具体实施方式
图1为本发明的结构示意图，图2为本发明的模型图；图3为隧道断面示 意图；图4为本发明的原理方框图；如图所示：本实施例的利用隧道内地热的 融雪化冰系统，包括热泵机组1、供热管2和热交换管3；所述供热管2和热交 换管3分别与热泵机组1连通形成相互独立的两个循环管路；供热管2和热交 换管3内的流体由热泵机组1提供循环流动的动力并且通过热泵机组1进行热 交换；热交换管3埋设在隧道初衬和二衬之间，热交换管3设置在隧道中部， 其沿隧道长向的尺寸根据隧道内部温度决定，对于特长深埋隧道可尽量取长， 隧道中部初衬施工完成后，开始布置热交换管3，热交换管3由多个纵向布置 的管串联构成，其横向间距为根据计算所得的最优值，热交换管3布满隧道的 顶拱和两侧边墙，布设完热交换管3，应在其与二衬之间设置15mm厚的防水板； 供热管2安装在隧道洞口和隧道洞口外路面二衬和保温层之间及路面以下 5cm～15cm深度处，能利用高温地热区丰富的地热资源，将隧道内的地热应用到 隧道洞口加热和隧道外道路的融雪化冰，既能解决过高的温度场对隧道稳定性 的影响并对隧道内部进行散热，又能合理的应用地热能这种可再生、可持续的 能源，解决隧道冻害问题，减少道路交通安全隐患；热泵机组1包括用于为供 热管2内流体循环流动提供动力的第一循环泵、用于为热交换管3内流体循环 流动提供动力的第二循环泵、连接于两个循环管路之间使两循环管路内的流体 进行热交换的工作机、连接于工作机动力输入端用于带动工作机工作的动力机 以及用于为动力机提供能源的驱动能源，当然第一循环泵和第二循环泵也可由 动力机驱动。
本实施例中，还包括连接于热泵机组1进水端的集水器4和连接于热泵机 组1出水端的分水器5；所述集水器4和分水器5通过相应的集水管6和分水 管7连接于热交换管3使集水器4、集水管6、热交换管3、分水管7、分水器 5和热泵机组1构成回路；分水管7和集水管6布置在隧道保温水沟内，热泵 机组1及其控制装置布设在隧道中部，合理选择热泵机组1和各循环泵的功率； 即热交换管3的一端通过集水管6和集水器4连接于热泵机组1的进水端，热 交换管3的另一端通过分水管7和分水器5连接于热泵机组1的出水端，形成 循环回路。
本实施例中，所述供热管2埋设于隧道洞口和隧道洞口外道路8二衬和保 温层之间及路面以下5cm～15cm深度处；所述热交换管3埋设在隧道9中部初衬 和二衬之间；供热管2埋置深度、数量、间距根据数值模拟分析得到，利用隧 道内地热的融雪化冰系统还包括分别对应供热管2和热交换管3设置的用于测 量环境温度和湿度的标准气象百叶箱，采用温湿度一体传感器，百叶箱内同时 悬挂测量精度为0.1℃的水银温度计，用以二者数据比较；在隧道衬砌和路面 面层内设置温度场测点，获得温度数据，以便对热泵机组1供热系统进行控制， 热泵机组1为地源热泵机组；冬春季节，在隧道洞口和隧道外道路路面出现冻 害之前，就要根据环境、流体内部温度、环境风速、环境湿度、太阳能辐射等 条件，确定是否开启地源热泵机组供热系统的加热功能，需要根据实际需要， 调节输出热量，使地热能的利用达到最优化，夏秋季节，隧道洞口和隧道外道 路路面不会冻害，但隧道内仍有丰富的地热能，这时根据系统的储能机制，实 现余能的储存；对运营中的地源热泵机组供热系统进行监控，以了解各方面的 工作状态，根据数据得到不同时段系统的工作效率；调查运营中因道路积雪冰 冻而造成的交通事故数量及事故严重度，与同时期的相同环境的隧道外道路的 交通事故数量及事故严重度做比较，得出地源热泵机组供热系统优越性。
本实施例中，所述供热管2为U形管道或S形管道，如图1所示，采用U 形管道或S形管道结构能增大供热管2的受热面积，提高地热能量利用率，保 证供热效果。
本实施例中，所述热交换管3为S形管道，如图1所示，S形管道能增大 热交换管3与隧道顶拱和两侧边墙的接触换热面积，保证隧道防冻效果。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管 参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解， 可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的 宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。