道路集热地下蓄能双温差梯级流量控制方法技术

本发明专利技术将双温差梯级流量控制模式应用于道路集热和地下蓄能控制中。系统包括①路面埋管、②上 游水箱、③循环泵、④调节阀、⑤地下换热器组、⑥下游水箱、⑦回水泵、⑧调节阀、⑨调节阀、⑩ 太阳能热源、集热路面。采用的控制模式能提升太阳能集热效率，增强地下能量的传输和存储能力， 保证更大的综合系统能效。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于可再生能源与蓄能利用
，特别涉及类似于道桥路面太阳能集热和地下蓄能系统的 控制问题。
技术介绍
利用道路集热蓄能融雪化冰技术，夏季集热蓄能一方面收集道路太阳能热量，实现夏蓄能冬利用 季节性利用的目的；另一方面还有效地降低炎热夏季路面温度，减少路面热蚀破坏，提高道路寿命，特别 对交通负载繁重路段(机场跑道、高速路端口、桥梁、坡路和弯道等)尤为必要。因此，集热蓄能融雪化 冰技术的多重功效和作用也是其具有发展前景的优势所在，并被国际道路交通联合会(IRU)和国际能源组 织(IEA)推荐应用的道路交通安全领域可再生能源利用绿色技术之一。蓄能是未来能源领域可持续发展的重要组成部分和发展战略，是实现能源可再生化和高效利用的一种 有效途径。地下作为一个良好的蓄能体和清洁能源库，越来越被人类所认识。集热蓄能融雪化冰系统将地 能、太阳能等多种可再生能源整合利用，实现道路安全和环保，已经成为能源交通领域的创新技术和极具 可持续发展前景的工程技术。专利03120732. 4、 03124304.5、 200810049591. 6分别应用地热能、太阳能、地下水进行了道路融雪化冰。本专利技术将双温差梯级流量控制模式应用于道路集热和地下蓄能控制中。通过控制开启、关闭蓄能运行 和循环流体流量逐级变化，避免路面平均温度过低(低太阳能辐射时段)地下热量回流散失问题；同时满 足与地下热量扩散传输协同，抑制地下蓄能热量传输中拥塞，从而避免地下换热器热源周边局部温升加大 和路面集热能力下降的不良现象，保证路面集热蓄能系统综合用能效率。实施路面太阳能集热地下蓄能实 现循环热流体融雪化冰技术的可持续发展，能够使地下换热系统在多年融雪过程中保持较高换热能力，提 高系统运行效能。
技术实现思路
为了提高能源利用和集热、储存效率，本专利技术提供一种路面太阳能集热地下蓄能联动系统和基于该系 统的高效控制方法，即双温差梯级流量控制模式，不但保证更有效的道桥路面太阳能集热，提高运行功耗 利用率；而且有利于地下能量存蓄，并达到汲取热量与存入热量的协同与统一，实现集热蓄能最大功效。 本专利通过提出双温差和梯级可变流量概念，在路面太阳能集热和地下蓄能两个过程的联动系统中，利用 路面太阳能集热的上游温差和地下蓄能过程的下游温差控制，以及梯级可变流量调节，重整各循环系统中 的能流强度和温度水平，既保证有效的路面太阳能集热，又达到传入地下能量更有效的扩散和储存。避免 路面埋管内循环流体平均温度与路面平均温度差过低时集热效果不良的影响，以及避免路面平均温度过低 (低太阳能辐射时段)地下热量回流散失问题；利用循环流体流量逐级变化和开、关调节的有效缓冲控制， 协同输入地下能量的扩散，避免地下热量拥塞，保证能量更有效的地下蓄存；从而保证集热和蓄能两个过 程的有效联动，实现系统综合能效最大化。在夏季集热和蓄能阶段，双温差梯级流量控制方法在路面太阳能加热流体温度较高时，太阳能辐射(太 阳能集热源)(10)加热道桥路面(11)后，由路面下铺设排管(埋管)(1)内的流体收集热量；此时， 流入路面太阳能集热系统入口的冷流体被加热为热流体，热流体经上游水箱(2)和循环泵(3),经由开 启的控制阀(4)，输送至地下换热器组(5);此后，通过地下换热器，热流体与土壤之间进行换热，把热 量传递给周边土壤，进行热量储存；随着地下换热器内热流体与土壤进行热量交换，流体温度下降，变成 冷流体，再经下游水箱(6)通过循环泵(7)，输送回至道桥路面太阳能集热器的排管(1)中，再次与路 面高温路面(11)进行换热，完成整个集热蓄能循环过程。在夏季路面太阳能集热和地下蓄能的双换热联动过程中，当太阳辐射强度处于较低时段时，会导致路3面温度较低，这时如果继续实行上述单调非控制的连续蓄能过程，则有可能导致地下热量回流散失，造成 功耗损失，综合能效下降。此外，在太阳辐射处于较高时段时，这时如果仍然实行上述单调非控制的连续 蓄能过程，则可能造成输入地下的瞬时热量能流强度过大，由于地下岩土或土壤的热传输能力较弱，不能 快速地向周边扩散，导致地下换热器近壁处温度升高，而使返回的循环冷流体温度不断升高。这样进入路 面集热系统内的流体温度高，而造成收集太阳能热量的能力下降，集热效率降低。可通过增加地面流量， 将热量先缓存在上游水箱(2)中，同时降低地下流量来减少地下热量负荷，使地下换热器(5)温度逐步 下降。显然，在路面集热和地下蓄能两个联动循环控制中，存在热量和温度的协同最优控制问题。在本专利控制模式下，还可形成另外三种流程。其一，在输入地下热量过剩时，从地下换热系统回流 的冷流体温度较高，此时需要进一步提高热流体温度，以提升地下换热能力；所以，该流程是太阳能集热 系统出口的热流体通过上游水箱(2)和循环泵(3)后，只有一部分流体经由控制阀(4)，输送至地下换 热器组(5)，通过地下换热器后，变成冷流体。另一部分流体储存在上游水箱中(2)，这样能有效控制地 下换热温度。其二，上游集热循环过程独立运行，提升集热后的热流体温度，较高温度热流体存储在上游 水箱(2)中；流程为，由太阳能集热系统出口的热流体，热流体经上游水箱(2)和循环泵(3)，经由开 启的控制阀(9)(控制阀(4)关闭)，热流体直接回流至路面集热系统再升温；该流程在过渡季节(夏末 或初秋)太阳能辐射强度较弱的时段，固定的单调路面循环过程无法达到满足的热流体温度，所以需要一 定的直接往复循环。其三，下游地下蓄能循环过程独立运行，在不断降低的负荷能力下，降低由地下换热 系统回流的冷流体温度，较低温度冷流体存储在下游水箱(6)中；流程为，由地下换热系统出口流出的 冷流体，通过下游水箱(6)和循环泵(7)，经由开启的控制阀(8)和(4)(控制阀(9)关闭)，流体直 接回流至地下换热系统再降温；该流程在过渡季节(夏末或初秋)太阳能辐射强度较低的时段，通过有效 降低和调整冷流体温度，提高太阳能集热效率。在上述四中流程中，均可以根据路面温度、路面太阳能集热系统的流体进、出口温度，以及地下换热 系统的流体进、出口温度，决定控制各流程的启闭和流量调节，达到联动系统的最大化协同。本专利提出采用双温差梯级流量模式，即以路面平均温度与路面太阳能集热系统循环流体入口温度之 差作为上游(路面集热过程)控制温差参数ALp判据；以地下换热器系统循环流体的进、出口温度差为下 游(地下蓄能过程)控制温差参数AT皿^判据；以两个过程联动的循环流体流量G为控制目标，达到路面 集热和地下蓄能过程的换热量和换热强度的控制目的，实现上、下游换热过程的最佳协调控制。该控制模 式用于启动运行后的控制过程。系统启用的启动控制通常由气候信息数据和时间控制。该控制方法不但有利于实现道桥路面太阳能集热地下蓄能应用，还有利于实现夏季建筑结构体固面集 热地下蓄能，以及生活、生产余热热源和热泵制冷运行工况的地下蓄能过程高效控制。通过热源过程与地 下蓄能过程的能量强度和温位控制，达到两个过程的能流协同，提升太阳能集热效率，增强地下能量的传 输和存储能力，保证更大的综合系统能效。这些技术理念的实施，将成为双温差梯级流量控制太阳能集热 地下蓄能控制方法的关键特征，从而提高能量蓄存的有效性。本专利控制模式和理念本文档来自技高网...

【技术保护点】
道路路面集热地下蓄能控制方法，其特征在于通过太阳能热源（１０）加热集热路面（１１），通过路面内部热量传递把收集的热量传递给路面埋管（１）内的流体，此时流体被加热成热流体，热流体经上游水箱（２）由循环泵（３）泵送至地下换热器组（５）；然后，通过换热器与岩土或土壤之间换热，把热量传递给岩土或土壤进行储存；在换热器内与岩土或土壤进行换热后的流体温度下降，变成冷流体后通过下游水箱（６）由回水泵（７）送回至地面再次参与路面集热换热。

【技术特征摘要】
1、道路路面集热地下蓄能控制方法，其特征在于通过太阳能热源(10)加热集热路面(11)，通过路面内部热量传递把收集的热量传递给路面埋管(1)内的流体，此时流体被加热成热流体，热流体经上游水箱(2)由循环泵(3)泵送至地下换热器组(5)；然后，通过换热器与岩土或土壤之间换热，把热量传递给岩土或土壤进行储存；在换热器内与岩土或土壤进行换热后的流体温度下降，变成冷流体后通过下游水箱(6)由回水泵(7)送回至地面再次参与路面集热换热。2、 根据权利要求1，所述的道路路面集热地下蓄能控制方法，其特征在于集热路面(11)内的路面集 热埋管管道呈蛇形布置，单独回路中管道总长度不超过250米，根据实际路面的长度进行多组并联 集热。3、 根据上述权利要求l，所述地下换热器组(5)的组成，其特征在于各换热器组的地下换热器数量差 异应小于75%，便于各组的流量平衡控制，各组地下换热器间采取并联连接，避免地下换热器失效 导致负面影响。4、 根据权利要求1,所述的道路路面集热地下蓄能控制方法，其特征在于循...

【专利技术属性】
技术研发人员：高青，李明，刘研，
申请(专利权)人：高青，李明，刘研，
类型：发明
国别省市：82