【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于隧道竖井通风，具体涉及一种节能型隧道竖井通风系统及通风方法。
技术介绍
1、我国是一个地质地形条件复杂的国家，仅仅丘陵和山岭就占国土面积的四分之三以上，近年来，随着我国城市交通、水利电力、矿物开采等工程的大规模建设，使地下工程投资和建设日益增多，在大规模和高标准的基础工程建设中，隧道工程的建设亦得到了飞速的发展，不仅在断面和数量上有所突破，隧道的建设长度也越来越大。截至2022年年底，我国内地已建成公路隧道约27000公里、铁路隧道约22000公里、城市轨道交通隧道约8000公里，其中长度大于3公里的特长隧道1394处、里程6236公里，长度1至3公里的长隧道5541处、里程9633公里。
2、在隧道的日常运营过程中，对于长大公路隧道来说，自然通风已不能满足隧道的通风要求，导致隧道的通风难度越来越大，保证隧道内的空气质量的要求也越来越高。当前长大隧道所采用的通风措施是通过在隧道中间位置的上方打设竖井，在竖井中安设轴流风机将隧道中污浊气体排放出隧道外，但这种通风方法也还存在以下问题：一是轴流风机自身成本较高，建设资金投入较大，且运行时能耗过大，极大提高了隧道的日常运行成本，且轴流风机采用间歇式的工作原理，风机不能持续工作，使隧道内的空气质量不能得到保证；二是在烟囱效应的作用下，当隧道外的温度低于隧道内部温度时，竖井多为向外排风，这时的自然风压有助于隧道竖井的通风，反之，当隧道外的温度高于隧道内部温度时，竖井多为向隧道内送风，这时的自然风压就会阻碍隧道竖井的通风，导致隧道通风效果不佳的问题。因此，研制开发一
技术实现思路
1、为了解决
技术介绍
中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种运营成本低，能长时间不间断持续通风，通风效果好的节能型隧道竖井通风系统及通风方法。
2、本专利技术所述的节能型隧道竖井通风系统，包括隧道和与隧道贯通的竖井，竖井的内壁上沿其长度方向间隔设置有多组换热管，竖井内竖直设置有下水管和上水管，下水管分别与各组换热管的进水口连通，上水管分别与各组换热管的出水口连通，竖井井口的外侧设置有太阳能集热器、蓄热水罐和蓄电池，下水管的上端通过连通管与蓄热水罐的出水口连通，连通管上设置有水泵，上水管的上端通过管线与太阳能集热器的进水口连通，太阳能集热器的出水口与蓄热水罐的进水口连通，每组换热管上方的竖井内均通过支架安装有风力发电机，风力发电机和水泵均通过导线与蓄电池连接。
3、进一步的，风力发电机一侧的竖井侧壁上设置有凹槽，支架的一端与凹槽的底部通过转轴转动连接，转轴的一端传动连接有驱动电机，驱动电机通过导线与蓄电池连接，支架另一端的竖井侧壁上设置有支撑件。
4、进一步的，竖井的井口处设置有轴流风机，轴流风机通过导线与蓄电池连接。
5、进一步的，蓄热水罐的上方通过给水管连接有雨水收集过滤器，给水管上设置有电磁阀，蓄热水罐内设置有水位传感器。
6、进一步的，换热管由螺纹管或翅片管制作而成。
7、进一步的，换热管呈蛇形或螺旋形。
8、进一步的，竖井井口的外侧设置有太阳能光伏板，太阳能光伏板通过导线与蓄电池连接。
9、本专利技术所述的节能型隧道竖井通风系统的通风方法，包括以下步骤：
10、①、井外设备安装：在竖井井口的周围分别安装太阳能集热器、蓄热水罐和蓄电池，并连通太阳能集热器的出水口与蓄热水罐的进水口；
11、②、井内设备安装：在竖井内按要求安装换热管和风力发电机，并按要求将下水管和上水管分别与每组换热管连通，然后通过连通管连通下水管上端与蓄热水罐的出水口，通过管线连通上水管上端与太阳能集热器的进水口，同时使用导线连通风力发电机和蓄电池，在蓄热水罐内注满清水备用；
12、③、热水循环加热：太阳能集热器吸收太阳能对流经其内部的冷水进行加热，得到热水，热水流入蓄热水罐内储存备用，蓄热水罐内的热水在水泵的作用下被抽送到下水管内，分别流入各组换热管，热水散热对竖井内的空气加热，温度降低后的热水经上水管流入太阳能集热器，完成一个热水循环；
13、④、风力发电：竖井内的气流不断向上流动，驱动风力发电机的叶片转动进行发电，电能通过导线输送到蓄电池中储存，为水泵提供电能；
14、⑤、持续通风：不断重复步骤③～④，换热管内的热水不断散发热量，对竖井内的气流进行加热，气流温度升高，密度变小，不断向上流动排出，并在竖井内形成负压区，隧道内的气体在气流的作用下不断进入竖井，达到隧道内部持续通风的目的。
15、进一步的，在步骤②中，在安装换热管和风力发电机时，采用从下到上依次交替安装的方法，且最下方一组换热管位于竖井与隧道的贯通处。
16、进一步的，在步骤②中，所述竖井的侧壁上安装有若干照明灯，照明灯通过导线与蓄电池连接。
17、本专利技术的有益效果为：
18、一、本专利技术运行时，通过太阳能集热器收集太阳能，对冷水进行加热得到热水，然后将热水输送到竖井内部的换热管中，利用这些热水散发的热量对竖井各部位的空气进行加热，提升空气温度，降低空气密度，促使竖井内的空气不断向上流动排出，这样就会在竖井内形成负压区，隧道内的气体在气流的作用下不断从底部进入竖井，进而达到隧道内部持续通风的目的；且在通风过程中，风力发电机收集竖井内的风能进行发电，电能储存在蓄电池中，为水泵提供电能，水泵则不断抽取蓄热储水罐中的热水送入换热管。上述系统的运行分为两个不分：其一为水循环部分，水不断在太阳能集热器、蓄热储水罐以及各组换热管中循环，一方面吸收太阳能温度升高，另一方面在换热管内散热对竖井内的空气加热；其二为发电部分，风力发电机利用竖井内的风能发电，并为水泵提供电能，确保水循环的正常进行，两部分相互结合，使得隧道内的气流能够不断流向竖井，并从竖井排出，即可实现隧道内长时间不间断持续通风的目的，具有较好的通风效果。
19、二、相对于现有技术中采用轴流风机进行通风的方法来说，本专利技术取消了轴流风机的使用，降低了建设资金的投入；其次，本专利技术中用于对竖井内空气加热的热量来自于换热管中的热水，而热水来自于太阳能集热器，用于驱动水循环的动力来自于水泵，水泵的动力来自于蓄电池提供的电能，而蓄电池中的电能来自于风力发电机，可见，用于维持本专利技术长期运行的能量来自于太阳能和风能，可实现系统运行的自给自足，不消耗电网电能，可大幅降低运行消耗，进而大大降低隧道的日常运行成本。
20、三、本专利技术运行时，在烟囱效应的作用下，当隧道外的温度低于隧道内部温度时，尤其是在冬季，竖井多为向外排风，此时自然风压有助于隧道竖井的通风，可弥补因冬季太阳能不足而导致的热水温度不高、电能储量减小的问题；反之，当隧道外的温度高于隧道内部温度时，尤其是在夏季，竖井有向隧道内送风的趋势，这时的自然风压会阻碍隧道竖井的通风，但夏季拥有足够的太阳能，利用太阳能可适当提高热水的水温，提高竖井内空气温本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种节能型隧道竖井通风系统，包括隧道（1）和与隧道（1）贯通的竖井（2），其特征在于:所述竖井（2）的内壁上沿其长度方向间隔设置有多组换热管（3），所述竖井（2）内竖直设置有下水管（4）和上水管（5），所述下水管（4）分别与各组换热管（3）的进水口连通，上水管（5）分别与各组换热管（3）的出水口连通，所述竖井（2）井口的外侧设置有太阳能集热器（6）、蓄热水罐（7）和蓄电池（8），所述下水管（4）的上端通过连通管与蓄热水罐（7）的出水口连通，连通管上设置有水泵（9），上水管（5）的上端通过管线与太阳能集热器（6）的进水口连通，太阳能集热器（6）的出水口与蓄热水罐（7）的进水口连通，每组换热管（3）上方的竖井（2）内均通过支架安装有风力发电机（10），风力发电机（10）和水泵（9）均通过导线与蓄电池（8）连接。
2.根据权利要求1所述的一种节能型隧道竖井通风系统，其特征在于: 所述风力发电机（10）一侧的竖井（2）侧壁上设置有凹槽（11），支架的一端与凹槽（11）的底部通过转轴转动连接，转轴的一端传动连接有驱动电机，驱动电机通过导线与蓄电池（8）连接，所述支架另一端的
3.根据权利要求1所述的一种节能型隧道竖井通风系统，其特征在于: 所述竖井（2）的井口处设置有风机（13），风机（13）通过导线与蓄电池（8）连接。
4.根据权利要求1所述的一种节能型隧道竖井通风系统，其特征在于: 所述蓄热水罐（7）的上方通过给水管连接有雨水收集过滤器（14），所述给水管上设置有电磁阀，蓄热水罐（7）内设置有水位传感器。
5.根据权利要求1所述的一种节能型隧道竖井通风系统，其特征在于: 所述换热管（3）由螺纹管或翅片管制作而成。
6.根据权利要求1所述的一种节能型隧道竖井通风系统，其特征在于:所述换热管（3）呈蛇形或螺旋形。
7.根据权利要求1所述的一种节能型隧道竖井通风系统，其特征在于:所述竖井（2）井口的外侧设置有太阳能光伏板（15），太阳能光伏板（15）通过导线与蓄电池（8）连接。
8.根据权利要求1所述的一种节能型隧道竖井通风系统的通风方法，其特征在于：包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的一种节能型隧道竖井通风系统的通风方法，其特征在于：在步骤②中，在安装换热管（3）和风力发电机（10）时，采用从下到上依次交替安装的方法，且最下方一组换热管（3）位于竖井（2）与隧道（1）的贯通处。
10.根据权利要求8所述的一种节能型隧道竖井通风系统的通风方法，其特征在于：在步骤②中，所述竖井（2）的侧壁上安装有若干照明灯（16），照明灯（16）通过导线与蓄电池（8）连接。
...【技术特征摘要】
1.一种节能型隧道竖井通风系统，包括隧道（1）和与隧道（1）贯通的竖井（2），其特征在于:所述竖井（2）的内壁上沿其长度方向间隔设置有多组换热管（3），所述竖井（2）内竖直设置有下水管（4）和上水管（5），所述下水管（4）分别与各组换热管（3）的进水口连通，上水管（5）分别与各组换热管（3）的出水口连通，所述竖井（2）井口的外侧设置有太阳能集热器（6）、蓄热水罐（7）和蓄电池（8），所述下水管（4）的上端通过连通管与蓄热水罐（7）的出水口连通，连通管上设置有水泵（9），上水管（5）的上端通过管线与太阳能集热器（6）的进水口连通，太阳能集热器（6）的出水口与蓄热水罐（7）的进水口连通，每组换热管（3）上方的竖井（2）内均通过支架安装有风力发电机（10），风力发电机（10）和水泵（9）均通过导线与蓄电池（8）连接。
2.根据权利要求1所述的一种节能型隧道竖井通风系统，其特征在于: 所述风力发电机（10）一侧的竖井（2）侧壁上设置有凹槽（11），支架的一端与凹槽（11）的底部通过转轴转动连接，转轴的一端传动连接有驱动电机，驱动电机通过导线与蓄电池（8）连接，所述支架另一端的竖井（2）侧壁上设置有支撑件（12）。
3.根据权利要求1所述的一种节能型隧道竖井通风系统，其特征在于: 所述竖井（2）的井口处设置有风机（13），风机（13）通...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈超，藏正操，韩斌，耿天志，张诚礼，吴晓飞，吕建国，刘建伟，李钊，
申请(专利权)人：中国水电基础局有限公司，
类型：发明
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