一种寒区铁路隧道智能保温系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开一种寒区铁路隧道智能保温系统及其控制方法，所述系统包括能源系统、智能控制系统和保温层供暖系统，能源系统包括风光互补发电系统和工业补充电能；保温层供暖系统包括保温层和碳纤维加热膜、温度感应器，碳纤维加热膜铺设于一次衬砌和保温层间，温度感应器设在每块保温层和二次衬砌中间位置；智能控制系统包括中央处理器、温度信号分析模块、保温系统加热模块、电能监测模块；每块保温层上铺设碳纤维加热膜，温度信号分析模块收集二次衬砌的温度值反馈给保温系统加热模块，当温度达到预定值时，启动对应的碳纤维加热膜进行加热。具有结构简单、施工方便、自动控制、节能环保且不破坏隧道衬砌结构等优点，有良好的推广应用价值。

An Intelligent Thermal Insulation System for Railway Tunnels in Cold Regions and Its Control Method

The invention discloses an intelligent heat preservation system for railway tunnels in cold regions and its control method, which comprises an energy system, an intelligent control system and a heating system of a thermal insulation layer, an energy system including wind-solar complementary power generation system and industrial supplementary electric energy, and a heating system of a thermal insulation layer including a thermal insulation layer and a carbon fiber heating film, a temperature sensor, and a carbon fiber heating film laid on a primary lining and a thermal insulation layer. Interlayer, temperature sensor is located in the middle of each insulation layer and secondary lining; intelligent control system includes central processing unit, temperature signal analysis module, heating module of insulation system and electric energy monitoring module; carbon fiber heating film is laid on each insulation layer, and temperature signal analysis module collects the temperature value of secondary lining and feeds back to the heating module of insulation system when the temperature reaches a predetermined level. At the value, the corresponding carbon fiber heating film is activated for heating. The utility model has the advantages of simple structure, convenient construction, automatic control, energy saving and environmental protection, and does not destroy tunnel lining structure, and has good popularization and application value.

【技术实现步骤摘要】
一种寒区铁路隧道智能保温系统及其控制方法
本专利技术属于寒区隧道领域，具体涉及一种寒区铁路隧道智能保温系统及其控制方法。
技术介绍
寒区隧道面临的最大问题是隧道冻害，近年来我国投入到寒区隧道冻害治理的费用不断增加，即便如此，仍有不少隧道饱受冻害困扰，甚至废弃，寒区隧道冻害防治正成为隧道界的重要研究课题。寒区隧道冻害发生的主要原因是冻融和冻胀：冻融是指已冻结围岩因隧道内温度升高发生消融导致围岩自承能力降低，使衬砌应力场发生改变的一种冻害现象；冻胀则是指衬砌及围岩裂隙中水冻结膨胀引起的应力变化及结构破坏，据2014年统计，中国全线11516座铁路隧道，发生冻害的隧道数目为5990座，占隧道总数的52.4％，其中2937座发生严重冻害，占隧道总数的25.5％。这些冻害既对隧道结构造成严重破坏，同时也给铁路运营安全埋下重大安全隐患。目前，各国在寒冷地区隧道衬砌保温抗冻的研究工作主要集中在两个方面进行：(1)基础理论性研究工作。具体是针对隧道围岩冻融特性，冻结深度，隧道围岩、混凝土隧道衬砌及保温隔热材料的热工性能，隧道衬砌的结构形式设计，以及工程场地气候、水文等条件的影响进行研究。(2)应用技术的研究工作。在基础理论性研究工作的基础上，着手隧道的保温抗冻技术措施，开发耐久性的保温隔热材料，研究保温隔热层的合理厚度、设置长度、设置形式等。申请号为200910196239.X的中国专利公开了一种隧道洞口段衬砌加热系统，包括取暖管路、地源热泵和供暖管路，其中取暖管路、供暖管路均埋设于隧道中，且分别与地源热泵连接，各自形成循环回路。上述申请专利将地源热泵的热交换管埋设于初衬与二衬之间，替代传统地源热泵埋管所需的地下钻孔，虽有节省部分初期建设投资以及利用地源热泵的节能效果的优点。但其技术要求高，并非适用于所有隧道，无法根除所有隧道冻害的发生；申请号为CN201510160911.5的专利公开了一种寒区隧道防冻保温系统及防冻保温施工方法，包括铝膜、轻骨料保温混凝土、钢波纹板、排水装置、铝膜固定装置和加热装置；铝膜整体呈弓形；铝膜通过铝膜固定装置固定在二次衬砌上；铝膜与二次衬砌之间设置有间隙；铝膜与二次衬砌之间所形成的间隙的底部连接有带有承接口的排水装置；铝膜与二次衬砌之间设置有间隙的宽度小于或等于排水装置的承接口的宽度；铝膜的内侧设置有钢波纹板；钢波纹板与铝膜之间填充有轻骨料保温混凝土；加热装置埋设在钢波纹板与铝膜之间的轻骨料保温混凝土中。但是其结构复杂，且造价过高，无法大范围应用，且容易破坏原有的隧道结构。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种寒区铁路隧道智能保温系统及其控制方法，充分利用西北或东北地区风能和太阳能自然资源，同时碳纤维加热膜用树脂胶粘贴于每块保温层后，采用模块式加热方法，对温度达到零度以下的二次衬砌进行加热，具有精确加热、节能环保、维修方便等优点，有效的防治寒区铁路隧道冻害的发生，为隧道运营提供安全保障。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种寒区铁路隧道智能保温系统，包括能源系统、智能控制系统和保温层供暖系统，智能控制系统对能源系统和保温层供暖系统进行控制；所述能源系统包括风光互补发电系统和工业补充电能；所述保温层供暖系统包括保温层和碳纤维加热膜、温度感应器，所述碳纤维加热膜铺设于一次衬砌和保温层之间，所述温度感应器设置于每块保温层和二次衬砌中间位置；所述智能控制系统包括中央处理器、温度信号分析模块、保温系统加热模块、电能监测模块；所述温度信号分析模块用于接收分析二次衬砌的温度值，所述保温系统加热模块用于控制各碳纤维加热膜的加热工作状态,所述电能监测模块用于监测和分析风光互补发电系统的电压值。进一步的，所述温度信号分析模块包括温度信号传输模块，所述温度信号传输模块用于将温度信号传输给所述保温系统加热模块。进一步的，所述电能监测模块包括电压值信号传输模块，所述电压值信号传输模块用于将风光互补发电系统的电压值传输给所述中央处理器。进一步的，所述碳纤维加热膜用树脂胶粘贴于每块保温层后。进一步的，所述风光互补发电系统由蓄电池储存设置于隧道外的风力发电组及太阳能发电组电能，当风光互补发电系统无法满足总系统供电时，由所述工业补充电能供电，工业补充电能包括水力或火力发电站的电能。进一步的，所述保温层采用硬质聚氨酯保温板，且所述硬质聚氨酯保温板的两侧固定有EVA防水板，利用硬质聚氨酯保温板良好的隔热性对二次衬砌进行保温。所述的一种寒区铁路隧道智能保温系统的控制方法包括以下步骤：A、采集温度信号：温度感应器测量二次衬砌的温度值，并将温度值反馈给所述温度信号分析模块；B、温度信号分析：温度信号分析模块将所述温度值与预设温度值进行分析对比后将温度信号通过温度信号传输模块传输给所述保温系统加热模块；C、控制操作：当温度低于零度时，保温系统加热模块控制对应位置碳纤维加热膜的启动进行加热操作；当温度高于设定的阈值时，保温系统加热模块控制对应位置的碳纤维加热膜停止加热。D、电能监测模块监测风光互补发电系统的电压值并与设定的电压阀值进行对比，电压值信号传输模块将电压值信号传输给中央处理器，当电压值低于保温供暖系统的工作电压阀值时，中央处理器启动工业补充电能供电，当电压值达到保温供暖系统的工作电压阀值时，中央处理器切断工业补充电能供电。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：通过在每块保温层上铺设碳纤维加热膜，通过温度信号分析模块收集二次衬砌的温度值反馈给保温系统加热模块，当温度达到预定值时，启动对应的碳纤维加热膜进行加热。本专利技术具有结构简单、施工方便、自动控制、节能环保且不破坏隧道衬砌结构等优点，具有良好的推广应用价值。附图说明图1为本专利技术的系统框图；图2为本专利技术的碳纤维加热膜布置斜断面立体图；图3为图2中碳纤维加热膜布置的放大样图；图4为温度感应器和碳纤维加热膜在保温层上铺设的平面图示意图；图中：1、温度感应器；2、碳纤维加热膜；3、保温层；4、一次衬砌；5、二次衬砌；6、隧道围岩。具体实施方式下面将结合本专利技术中的附图，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1：如图1-4所示，一种寒区铁路隧道智能保温系统，包括能源系统、智能控制系统和保温层供暖系统，智能控制系统对能源系统和保温层供暖系统进行控制；所述能源系统包括风光互补发电系统和工业补充电能；所述保温层供暖系统包括保温层3和碳纤维加热膜2、温度感应器1，所述碳纤维加热膜铺2设于一次衬砌4和保温层3之间，所述温度感应器1设置于每块保温层3和二次衬砌5中间位置；所述智能控制系统包括中央处理器、温度信号分析模块、保温系统加热模块、电能监测模块；所述温度信号分析模块用于接收分析二次衬砌5的温度值，所述保温系统加热模块用于控制各碳纤维加热膜2的加热工作状态,所述电能监测模块用于监测和分析风光互补发电系统的电压值，图中一次衬砌4的一端为隧道围岩6，本专利技术中的温度预设值根据实际隧道周边环境而定。进一步的，所述温度信号分析模块包括温度信号传输模块，所述温度信号传输模块用于将温度信号传本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种寒区铁路隧道智能保温系统，其特征在于，包括能源系统、智能控制系统和保温层供暖系统，智能控制系统对能源系统和保温层供暖系统进行控制；所述能源系统包括风光互补发电系统和工业补充电能；所述保温层供暖系统包括保温层和碳纤维加热膜、温度感应器，所述碳纤维加热膜铺设于一次衬砌和保温层之间，所述温度感应器设置于每块保温层和二次衬砌中间位置；所述智能控制系统包括中央处理器、温度信号分析模块、保温系统加热模块、电能监测模块；所述温度信号分析模块用于接收分析二次衬砌的温度值，所述保温系统加热模块用于控制各碳纤维加热膜的加热工作状态,所述电能监测模块用于监测和分析风光互补发电系统的电压值。

【技术特征摘要】
1.一种寒区铁路隧道智能保温系统，其特征在于，包括能源系统、智能控制系统和保温层供暖系统，智能控制系统对能源系统和保温层供暖系统进行控制；所述能源系统包括风光互补发电系统和工业补充电能；所述保温层供暖系统包括保温层和碳纤维加热膜、温度感应器，所述碳纤维加热膜铺设于一次衬砌和保温层之间，所述温度感应器设置于每块保温层和二次衬砌中间位置；所述智能控制系统包括中央处理器、温度信号分析模块、保温系统加热模块、电能监测模块；所述温度信号分析模块用于接收分析二次衬砌的温度值，所述保温系统加热模块用于控制各碳纤维加热膜的加热工作状态,所述电能监测模块用于监测和分析风光互补发电系统的电压值。2.如权利要求1所述的一种寒区铁路隧道智能保温系统，其特征在于，所述温度信号分析模块包括温度信号传输模块，所述温度信号传输模块用于将温度信号传输给所述保温系统加热模块。3.如权利要求1所述的一种寒区铁路隧道智能保温系统，其特征在于，所述电能监测模块包括电压值信号传输模块，所述电压值信号传输模块用于将风光互补发电系统的电压值传输给所述中央处理器。4.如权利要求1所述的一种寒区铁路隧道智能保温系统，其特征在于，所述碳纤维加热膜用树脂胶粘贴于每块保温层后。5.如权利要求1所述的一种寒区铁...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁云飞，高焱，耿纪莹，夏晶晶，周君，戴耿荣蓉，朱奇，姜晴，李峥嵘，沈丽芳，吴蔚，盛稚严，
申请(专利权)人：淮阴工学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32