一种太阳能制冷热棒系统技术方案

本发明专利技术公开了一种太阳能制冷热棒系统，包括热棒、制冷系统和发电系统。热棒安装在冻土区域，将冻土的热量输送至外界，制冷系统产生冷量，向热棒输送冷量，发电系统基于风光发电为制冷系统供电。本发明专利技术能够基于太阳能和风能驱动制冷系统，通过制冷系统产生的冷量辅助热棒制冷，使得热棒在暖季时也能对冻土有良好的导热效果，实现对冻土的全季节保护。本实施例中的太阳能制冷热棒系统可广泛应用于多年冻土区路基、桩基工程领域，对于寒区工程建设具有重要意义。本发明专利技术广泛应用于冻土治理技术领域。域。域。

【技术实现步骤摘要】
一种太阳能制冷热棒系统


[0001]本专利技术涉及冻土治理
，尤其是一种太阳能制冷热棒系统。

技术介绍

[0002]冻土是指零摄氏度以下，并含有冰的各种岩石和土壤。一般可分为短时冻土(数小时/数日以至半月)/季节冻土(半月至数月)以及多年冻土(又称永久冻土，指的是持续二年或二年以上的冻结不融的土层)。根据冻土温度也将多年冻土区划分为高温极不稳定区、高温不稳定冻土、低温基本稳定区与地温稳定区。
[0003]冻土具有流变性，其长期强度远低于瞬时强度特征。冻土对温度极为敏感，其热力学性质与工程稳定性质与温度息息相关。正由于这些特征，在冻土区修筑工程构筑物就必须面临两大危险：冻胀和融沉。在冻土上进行修筑铁路、高速公路和输电线路等工程活动，带来的沥青路面的强吸热、混凝土桩基的水化热扰动等因素会对冻土造成不利影响。另一方面，冻土也在受全球气候变暖的影响而不断退化。因此，需要对冻土尤其是多年冻土进行保护。
[0004]目前的相关技术使用热棒来进行冻土保护。热棒是一种高效的单向传热装置，过去被应用于铁路、公路、输电线塔基、输油管道以及寒区隧道工程中。当环境温度低于冻土温度时，热棒内的冷媒(液氨)会在蒸发器内吸热蒸发，蒸汽在冷凝器放热液化，并回流至蒸发器中，如此往复循环，达到为多年冻土降温的效果。但是，由于热棒发挥作用必须要求环境温度低于冻土温度，即其仅能在寒季发挥作用，暖季不能起到制冷效果，因此目前的热棒技术对冻土的总体保护效果有待提升。

技术实现思路

[0005]针对目前基于热棒的冻土保护技术存在的应用面狭窄等技术问题，本专利技术的目的在于提供一种太阳能制冷热棒系统。所述太阳能制冷热棒系统包括：
[0006]热棒；所述热棒用于安装在冻土区域，将冻土的热量输送至外界；
[0007]制冷系统；所述制冷系统用于产生冷量，向所述热棒输送所述冷量；
[0008]发电系统；所述发电系统用于基于风光发电为所述制冷系统供电。
[0009]进一步地，所述热棒包括碳素无缝钢管、翅片、保温材料和冷媒；
[0010]所述碳素无缝钢管包括冷凝段、强化段和蒸发段，所述冷凝段为暴露在空气的部分，所述蒸发段为掩埋在冻土中的部分；
[0011]所述翅片安装在所述冷凝段外部，所述保温材料包裹在所述强化段外部。
[0012]所述冷媒安装在所述碳素无缝钢管内。
[0013]进一步地，所述制冷系统包括压缩机、风冷式冷凝器、毛细管和螺旋铜管；
[0014]所述压缩机、风冷式冷凝器、毛细管和螺旋铜管形成制冷闭路；
[0015]所述螺旋铜管缠绕在所述强化段外部。
[0016]进一步地，所述发电系统包括风机、光伏板、电能控制器和蓄电池；
[0017]所述电能控制器分别与所述风机、所述光伏板和所述蓄电池连接；
[0018]所述电能控制器与所述压缩机连接；
[0019]所述电能控制器用于从所述风机以及从所述光伏板单向获取电能，与所述蓄电池进行双向电能传递，将获得的电能供应给所述压缩机与冷凝器散热扇。
[0020]进一步地，所述电能控制器用于工作在第一运行模式、第二运行模式、第三运行模式或者第四运行模式；
[0021]在所述第一运行模式下，所述电能控制器从所述风机和/或所述光伏板获取电能，以不低于额定功率向所述压缩机供应电能，将剩余电能输送至所述蓄电池；
[0022]在所述第二运行模式下，所述电能控制器从所述蓄电池获取电能，以不低于额定功率向所述压缩机供应电能；
[0023]在所述第三运行模式下，所述电能控制器从所述风机和/或所述光伏板获取电能，以低于额定功率向所述压缩机供应电能，将剩余电能输送至所述蓄电池；
[0024]在所述第四运行模式下，所述电能控制器从所述蓄电池获取电能，以低于额定功率向所述压缩机供应电能。
[0025]进一步地，所述电能控制器用于获取环境参数，根据所述环境参数控制向所述压缩机供应电能的功率。
[0026]进一步地，所述根据所述环境参数控制向所述压缩机供应电能的功率，包括：
[0027]根据公式Q＝CVΔT计算冷负荷Q；其中，C为土体的体积热容，V为土体体积，ΔT为冻土升温幅度；
[0028]根据以下公式计算热棒的年均制冷量Q
T
；
[0029]Q
T
＝∫qdt
[0030][0031][0032][0033]eh＝2.75+1.51v
0.2
[0034]其中，q为热棒的制冷功率，t为热棒制冷时间，T
s
为土体温度，T
a
为空气温度，R
f
为冷凝器表面热阻，R
s
为蒸发段周围土体热阻，A
s
为冷凝器散热面积，eh为冷凝器表面热交换系数，λ为蒸发段土体导热系数，z为蒸发段长度，v为大气平均风速；
[0035]根据公式Q
c
＝Q
‑
Q
T
计算压缩制冷量Q
c
；
[0036]根据公式P＝Q
c
/t压缩制冷量确定压缩机功率P。
[0037]进一步地，所述电能控制器设有本地存储空间，所述发电系统还包括第一温度传感器和第二温度传感器，所述第一温度传感器安装在所述冷凝段，所述第二温度传感器安装在所述蒸发段。
[0038]进一步地，所述获取环境参数，包括：
[0039]从所述本地存储空间读取土体的体积热容C、土体体积V、热棒的制冷功率q、热棒
制冷时间t、冷凝器表面热阻R
f
、蒸发段周围土体热阻R
s
、冷凝器散热面积A
s
、冷凝器表面热交换系数eh、蒸发段土体导热系数λ和蒸发段长度z；
[0040]通过所述第一温度传感器测得空气温度T
a
，通过所述第二温度传感器测得土体温度T
s
和冻土升温幅度ΔT；
[0041]通过所述风机测得大气平均风速v。
[0042]进一步地，所述通过所述风机测得大气平均风速v，包括：
[0043]检测所述风机的发电电压和/或发电电流；
[0044]根据所述发电电压和/或所述发电电流，确定所述大气平均风速v。
[0045]本专利技术的有益效果是：实施例中的太阳能制冷热棒系统，能够基于太阳能和风能驱动制冷系统，通过制冷系统产生的冷量辅助热棒制冷，使得热棒在暖季时也能对冻土有良好的导热效果，实现对冻土的全季节保护。
附图说明
[0046]图1为实施例中太阳能制冷热棒系统的结构图。
具体实施方式
[0047]本实施例中，参照图1，太阳能制冷热棒系统包括发电系统S1、制冷系统S2和热棒S3。
[0048]参照图1，热棒S1包括碳素无缝钢管，碳素无缝钢管从上到下分为冷凝段10、强化段12和蒸发段14，强化段12外部包裹一层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种太阳能制冷热棒系统，其特征在于，所述太阳能制冷热棒系统包括：热棒；所述热棒用于安装在冻土区域，将冻土的热量输送至外界；制冷系统；所述制冷系统用于产生冷量，向所述热棒输送所述冷量；发电系统；所述发电系统用于基于风光发电为所述制冷系统供电。2.根据权利要求1所述的太阳能制冷热棒系统，其特征在于，所述热棒包括碳素无缝钢管、翅片、保温材料和冷媒；所述碳素无缝钢管由上至下依次为冷凝段、强化段和蒸发段，所述冷凝段为暴露在空气的部分，所述强化段为制冷系统的主动制冷区，所述蒸发段为掩埋在冻土中的部分；所述翅片安装在所述冷凝段外部，所述保温材料包裹在所述强化段螺旋铜管的外部。所述冷媒安装在所述碳素无缝钢管内。3.根据权利要求2所述的太阳能制冷热棒系统，其特征在于，所述制冷系统包括压缩机、风冷式冷凝器、毛细管和螺旋铜管；所述压缩机、风冷式冷凝器、毛细管和螺旋铜管形成制冷闭路；所述螺旋铜管缠绕在所述强化段外部。4.根据权利要求3所述的太阳能制冷热棒系统，其特征在于，所述发电系统包括风机、光伏板、电能控制器和蓄电池；所述电能控制器分别与所述风机、所述光伏板和所述蓄电池连接；所述电能控制器与所述压缩机连接；所述电能控制器用于从所述风机以及从所述光伏板单向获取电能，与所述蓄电池进行双向电能传递，将获得的电能供应给所述压缩机与冷凝器散热扇。5.根据权利要求4所述的太阳能制冷热棒系统，其特征在于，所述电能控制器用于工作在第一运行模式、第二运行模式、第三运行模式或者第四运行模式；在所述第一运行模式下，所述电能控制器从所述风机和/或所述光伏板获取电能，以不低于额定功率向所述压缩机供应电能，将剩余电能输送至所述蓄电池；在所述第二运行模式下，所述电能控制器从所述蓄电池获取电能，以不低于额定功率向所述压缩机供应电能；在所述第三运行模式下，所述电能控制器从所述风机和/或所述光伏板获取电能，以低于额定功率向所述压缩机供应电能，将剩余电能输送至所述蓄电池；在所述第四运行模式下，所述电能控制器从所述蓄电池获取电能，以低于额定功率向所述压缩机供应电能。6.根据权利要求4所述的太阳能制冷热棒系统，其特征在于，所述电能控制器用于获取环境参数，根据所述环境参数控制向所述压缩机供应电能的功率。7.根据权利要求6所述的太阳能制冷热棒系统，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙兆辉，刘建坤，董彬林，刘生斌，王桂福，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：