一种适用于地铁隧道的相变混凝土与地埋管耦合降温系统技术方案

本实用新型专利技术提供了一种适用于地铁隧道的相变混凝土与地埋管耦合降温系统，属于地铁隧道技术领域。本实用新型专利技术通过在地铁隧道初衬和地铁隧道二衬之间设置相变混凝土浇筑的地埋管换热器形成的两种方式相耦合的换热层，地埋管换热器中低温循环介质能够将地铁隧道内的余热带走，当在夏季高温季节或者行车高峰期地埋管换热器不足控制地铁隧道温度时，基于相变材料的潜热储能使得地铁隧道需要消除的余热暂时储存于相变混凝土中，从而有效降低地铁隧道内的温度；另外，通过将耦合降温系统中地埋管换热器与热泵系统相连，可使得热量经热泵提升后为附近用户使用。本实用新型专利技术达到降低地铁隧道温度和提高能源利用率的双重功效，并且还兼具成本低廉的优势。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于地铁隧道的相变混凝土与地埋管耦合降温系统
本技术属于地铁隧道
，具体涉及一种适用于地铁隧道的相变混凝土与地埋管耦合降温系统。
技术介绍
随着城市轨道交通行业的飞速发展，人们越来越重视地铁隧道热环境。由于地铁在运行过程中刹车制动、地铁空调、人员及照明设备等致使大量余热产生，使得地铁隧道内部温度急速上升。根据《地铁设计规范》(GB50157-2003)的规定，地铁隧道夏季的最高温度应该符合下列规定：列车车厢不设空调时，隧道空气最高温度不得高于33℃；列车车厢设置空调而车站不设置屏蔽门时，隧道空气最高温度不得高于35℃；列车车厢设置空调而车站设置屏蔽门时，隧道空气最高温度不得高于40℃。这是因为隧道温度过高会对地铁的正常运行和维护产生不利影响，同时也会影响地铁乘客的热舒适性。地铁隧道内特有的活塞风可以带走部分余热余湿，然而在行车对数较多，夏季气温较高的时段，仅利用活塞自然通风来降低隧道内温度是远远不够的。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题在于：降低地铁隧道温度，减少机械通风设备的运用。为此本技术提供了一种适用于地铁隧道的耦合降温系统，具体的技术方案如下：一种适用于地铁隧道的相变混凝土与地埋管耦合降温系统，包括隧道侧回路、热泵系统和用户侧回路，所述隧道侧回路包括热交换层，所述热交换层包括相变混凝土和地埋管换热器，二者均设置于地铁隧道初衬和地铁隧道二衬之间，所述地埋管换热器一端与供水管连通，所述地埋管换热器的另一端与回水管连通，所述供水管和回水管均与热泵系统前端连接形成隧道侧回路，所述热泵系统终端与用户端连接形成用户侧回路。进一步的是，本技术使用的相变材料的相变温度为30～40℃。其中：若相变材料与混凝土相容性好且对于管道及金属无腐蚀性，则直接掺混入混凝土中形成相变混凝土；若相变材料与混凝土相容性差或者对于管道及金属具有腐蚀性，则封装形成微胶囊后掺混入混凝土中形成相变混凝土。进一步的是，本技术中换热层内外设置换热防水层。根据本技术具体实施例，本技术中地铁隧道初衬与换热层之间设置喷射防水层，本技术中换热层与地铁隧道二衬之间设置防水板。进一步的是，本技术中隧道二衬的内表面还设置有保温层。进一步的是，本技术中地埋管换热器采用U型或者S型布置。进一步的是，本技术中地埋管换热器中相邻近支管之间的距离为200～400毫米。作为优选实施方式，本技术中地埋管换热器采用PEXa等级的塑料管。进一步的是，本技术中地埋管换热器中具有低温循环介质。本专利技术的构思在于：通过在地铁隧道初衬和地铁隧道二衬之间埋设换热管，首先通过管内的低温循环介质(比如含防冻水)主要与隧道内的空气进行换热带走隧道内残余热量；当换热管无法维持隧道温度达到正常温度时，基于相变混凝土中相变材料的物态变化能够吸收和释放热量，因此当隧道温度高于相变材料的相变温度时，相变材料发生熔化并吸收热量，有效降低隧道温度；当隧道温度低于相变材料的相变温度时，相变材料发生凝固并释放热量；由于相变材料的熔化和凝固过程都近似为等温过程，因此藉由相变材料耦合换热管进行降温能够将隧道温度维持在一个合适的温度范围。综上所述，本专利技术采用相变技术耦合地埋式换热管技术能够实现有效排除隧道内余热和提高隧道的蓄热控温能力。进一步地，本专利技术将换热系统其与热泵系统相连接，能够将收集的隧道热量稿供给附近建筑物。本技术的有益效果在于：本技术采用在地铁隧道初衬和地铁隧道二衬之间形成由相变混凝土浇筑地埋管换热器形成的两种方式相耦合的换热层，地埋管换热器中低温循环介质能够将地铁隧道内的余热带走，当在夏季高温季节或者行车高峰期地埋管换热器不足控制地铁隧道温度时，基于相变材料的潜热储能使得地铁隧道需要消除的余热暂时储存于相变混凝土中，从而有效降低隧道内的温度，并且相变材料的使用能够使得地铁隧道温度维持在一个合适的温度范围；进一步地，通过将耦合降温系统中地埋管换热器与热泵系统相连，可使得热量经热泵提升后为附近用户使用。另外，本技术减少了机械通风系统的使用以及地埋管换热器的铺设数量，具有工程量和工程造价低的优势。因此，本技术达到降低地铁隧道温度和提高能源利用率的双重功效，并且还兼具成本低廉的优势。附图说明图1为本技术提供的用于地铁区间隧道的耦合降温系统的横断面图，其中，1为地铁隧道初衬，2为喷射防水层，3为换热层，4为复合式防水板，5为地铁隧道二衬，6为供水管，7为回水管，8为保温板。图2为本技术提供的用于地铁区间隧道的耦合降温系统的隧道剖面图。图3为本技术提供的用于地铁区间隧道的耦合降温系统的原理图，其中，A为第一阀门，B为压缩机，C为第三阀门，D为第二冷却水泵，E为第四阀门，F为冷凝器，G为膨胀阀，H为第二阀门，I为蒸发器，J为第一冷冻水泵，K为用户端。具体实施方式参照图1，本技术提供的一种适用于地铁区间隧道的耦合降温系统：在地铁隧道初衬1和地铁隧道二衬5之间设置换热层3，在地铁隧道初衬1与换热层3之间铺设喷射防水层2，在隧道换热层3与地铁隧道二衬5之间铺设复合式防水板4，在地铁隧道二衬的内表面还设有保温板8；所述换热层3由相变混凝土浇筑地埋管换热器形成，所述地埋管换热器一端与供水管6连通，所述地埋管换热器的另一端与回水管7连通，所述供水管和回水管均与热泵系统的前端连接形成封闭循环管路，所述热泵系统的终端与用户相连。如图2所示，本实施例中地埋管换热器优选为S型布置。具体地，本实施例中地埋管换热器中相邻近支管之间的距离为300毫米。具体地，本实施例中地埋管换热器优选PEXa等级的塑料管。具体地，本实施例中地埋管换热器中具有低温循环介质。参照图3，本技术提供的一种适用于地铁区间隧道的耦合降温系统，具体包括如下三部分：隧道侧回路，热泵系统，用户侧回路；其中：隧道侧回路由换热层3、供水管6、回水管7、第一冷冻水泵J、第一阀门A和第二阀门H共同构成封闭回路；热泵系统包括：压缩机B，冷凝器F，膨胀阀G和蒸发器I；其中，压缩机B出口与冷凝器F入口端相连，冷凝器F出口端与膨胀阀G的入口端相连，膨胀阀G的出口端与蒸发器I的入口端相连，蒸发器I的出口端与压缩机B的入口端相连；用户侧回路即通过管道将用户端K、第二冷却水泵D、第三阀门C和第四阀门E相连构成一个回路；隧道侧回路通过管路与热泵系统中蒸发器I相连，通过热泵系统的蒸发器I吸收隧道内的余热量，用户端与热泵系统中冷凝器F相连，冷却水吸收经过热泵提升后的热量，可以供给附近的建筑直接用作冬夏季生活热水，或用于冬季采暖。本领域公知的是，热泵系统是利用低沸点液体经过节流阀减压后蒸发时，从低温物体吸收热量，然后将蒸汽压缩，使温度升高，经过冷凝器时放出吸收的热量而液化，如此循环工作能不断把热量从温度较低的物体转移给温度较高的物体，从而实现加热、干燥等功能。结合本技术来看，具体过程是：压缩机B使得高温高压制冷剂气体压缩后进入冷凝器F中，释放热量，通过用户侧的冷却水带走这部分冷凝热，使冷却水得到升温，直接用于建筑使用；同时制冷剂气体冷凝为液体，经过膨胀阀G节流降压后，再经过蒸发器I吸热，吸收的热量来源于隧道内活塞风未带走的余热。同时制冷剂液体吸收这部分热量变为气体，再进入压缩机，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于地铁隧道的相变混凝土与地埋管耦合降温系统，包括隧道侧回路、热泵系统和用户侧回路，所述隧道侧回路包括热交换层，所述热交换层包括相变混凝土和地埋管换热器，二者均设置于地铁隧道初衬和地铁隧道二衬之间，所述地埋管换热器一端与供水管连通，所述地埋管换热器的另一端与回水管连通，所述供水管和回水管均与热泵系统前端连接形成隧道侧回路，所述热泵系统终端与用户端连接形成用户侧回路。

【技术特征摘要】
1.一种适用于地铁隧道的相变混凝土与地埋管耦合降温系统，包括隧道侧回路、热泵系统和用户侧回路，所述隧道侧回路包括热交换层，所述热交换层包括相变混凝土和地埋管换热器，二者均设置于地铁隧道初衬和地铁隧道二衬之间，所述地埋管换热器一端与供水管连通，所述地埋管换热器的另一端与回水管连通，所述供水管和回水管均与热泵系统前端连接形成隧道侧回路，所述热泵系统终端与用户端连接形成用户侧回路。2.根据权利要求1所述的一种适用于地铁隧道的相变混凝土与地埋管耦合降温系统，其特征在于，所述相变混凝土为相变材料或者相变微胶囊与混凝土混合形成的混合物体系。3.根据权利要求1所述的一种适用于地铁隧道的相变混凝土与地埋管耦合降温系统，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁艳平，任明月，曹晓玲，孙亮亮，余南阳，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：新型
国别省市：四川,51