专利名称：隧道保温水沟地源热泵型加热系统的制作方法
技术领域：
本发明属于寒区隧道的防冻保暖，具体说是一种用于隧道保温水沟的地源热泵型加热系统。
背景技术：
寒冷地区的铁路、公路隧道冻害现象普遍严重，导致隧道衬砌结构破环甚至报废，严重 影响隧道的正常运行和安全。水是寒区隧道产生冻害的根源，所以必须解决好寒区隧道排水。衬砌壁后排水系统的冻结，将导致隧道排水不畅，同样会诱发各种隧道冻害。目前国内 外隧道采用的排水系统主要有防寒泄水洞，深埋水沟，电加热或蒸汽加热水沟，皆存在问题。 首先防寒泄水洞和深埋水沟的施工会对隧道的整体结构安全带来影响，防寒泄水洞和深埋水 沟增加了施工工序，延长了施工工期，而且增加了工程造价。其次，电加热或蒸汽加热水沟 这两种技术运营、维护及管理费用高、能耗大，燃料锅炉还会造成一定的空气污染。发明内容本发明要解决的技术问题是提供一种隧道保温水沟地源热泵型加热系统，避免寒区隧道 排水系统发生冻结，形成通畅的排水系统，为隧道运营提供保障。 本发明采用以下技术方案一种隧道保温水沟地源热泵型加热系统，包括热交换管回路、地源热泵和供热管回路， 所述热交换管回路埋设于隧道中，供热管回路铺设于保温水沟的沟壁和沟底，热交换管回路、 供热管回路分别与地源热泵连接。优选地，所述热交换管回路包括多组热交换管，各组热交换管两端分别通过第一回水总 管、第一供水总管与地源热泵连接。优选地，所述供热管回路包括多组供热管，各组供热管的两端分别通过第二回水总管(6)、 第二供水总管与地源热泵连接。优选地，所述热交换管铺设于隧道初衬与二次初衬之间。
优选地，所述第一回水总管，第一供水总管置于共同沟内。优选地，在所述保温水沟上设有两层保温盖板，第二回水总管、第二供水总管位于两层 保温盖板之间。优选地，所述保温水沟的沟壁及沟底由外向内依次设有沥青涂层、聚氨酯保温板及沥青 涂层。隧道保温水沟地源热泵型加热系统属于主动供暖系统，可以确保保温水沟内的地下水顺 利排出洞外，不产生冻结现象。与深埋水沟和防寒泄水洞相比，防冻保暖效果更可靠。该系统采用低温热水供暖方式，即可确保保温水沟内的地下水受热均匀，又可减少热量 损失，具有很好的节能效果。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， 还可以节省部分初期建设投资。与加热电缆型保温水沟加热系统相比，可节省70%的后期运 行维护费用。与普通燃料锅炉相比，无C02排放。
图1为本发明的原理图，所示箭头为循环介质在管道中的流动方向。图2为热交换管布置横断面图。图3为图2中圈A的放大样图。图4为保温水沟供热管布置横断面图。图5为供热管沿保温水沟展开布置图。其中，附图标记如下:1、围岩10、二次衬砌2、热交换管11、保温板3、第一回水总管12、保温水沟4、第一供水总管13、保温盖板5、地源热泵14、路面6、第二回水总管15、沥青涂层7、第二供水总管16、共同沟8、供热管17、保温管道沟9、初衬18、热交换管填充层具体实施方式
路、地源热泵5、供热管回路三部分。 热交换管回路距离隧道洞口段一定距离，提供加热系统所需的地温热；供热管回路位于保温 水沟12内，以热传导和对流方式加热沟内水体。地源热泵5作为前、末端间的中转站，负责 把前端采集的热量提升，并传递到末端。各部分之间通过供、回水总管连接。热交换管回路 包括多组热交换管2，每组热交换管2的首尾两端分别与第一回水总管3、第一供水总管4连 接，以形成多个并联循环回路。供热管回路包括多组供热管8，每组供热管8的首尾两端分别 与第二回水总管6、第二供水总管7连接，亦形成多个并联循环回路。热交换管2铺设在隧道 初衬9与二次衬砌10之间，供热管8沿保温水沟12的沟壁及沟底铺设。隧道保温水沟12仅 靠共同沟16，位于路面14和仰拱之间。在图2 5中，示出的都是管路沿环向及轴向铺设的 实施例。隧道保温水沟地源热泵型加热系统的工作原理如下在距离隧道洞口一定距离具有足够 的埋深处，在隧道初衬9与二次衬砌10之间按一定的间距铺设热交换管2并形成环路，传热 循环介质在热交换管环路系统中循环时与初衬9和围岩1进行热交换，吸收热量，该部分热 量经过地源热泵5提升，使得供热管8内的传热循环介质达到目标温度，传热循环介质在供 热管8环路系统中，对隧道保温水沟12内水体进行加热。参考图1~图5，保温水沟地源热泵型加热系统可按如下步骤实施1、 隧道开挖后施工初衬9及仰拱；2、 按设计图纸中的保温水沟12的尺寸要求，在仰拱上方指定位置进行水沟的施工；3、 水沟制作完成后，沿保温水沟12的沟壁及沟底由外向内铺设lcm厚的沥青涂层15、 2cm厚的聚氨酯保温板11、 lcm厚的沥青涂层15，保温水沟制作完成；4、 在保温水沟12沟壁及沟底按一定间距铺设供热管8 (PE-RT地暖供热管)，供热管8 按一定间距由专用管材支座固定；5、 每组供热管8安装完成后，进行水压试验，检测管材的质量；6、 在保温水沟12顶部铺盖第一层保温盖板13，在每组供热管8与第二供水总管7、第二 回水总管6连接处的保温盖板上应预留孔洞，每组供热管8的进、出口 (首末两端) 分别穿越预留孔洞，并出露一定长度。并利用管帽或管塞将供热管8的进、出口封好；7、 将第二供水管7、第二回水管6铺设于第一层保温盖板上方的保温管道沟17内，并分 别与沟内出露的供热管8的进、出口连接；8、 利用聚氨酯泡沫保温材料对第二供水管7、第二回水管6及供热管8的外露部分进行保 温处理；9、 待隧道开挖到热泵设备洞处，进行设备洞施工，设备洞的断面尺寸与隧道人行横通道 的断面尺寸相同，长度根据热泵的设备尺寸来确定，设备洞的洞轴向与主洞的洞轴向 垂直，底板与共同沟16顶面平行；10、 按设计要求，在距离隧道洞口一定距离具有足够的埋深处，在初衬9表面铺挂地 暖网片(钢丝网)，利用绷带将热交换管2按一定间距固定在地暖网片上；11、 利用水泥砂浆将热交换管2铺设面找平，即形成平整的热交换管填充层18;12、 在热交换管2穿越二次衬砌10和共同沟16沟壁部位，应利用保护套管对热交换管进 行保护，穿越后的热交换管2应外露一定长度，并利用管帽或管塞将热交换管2的进、 出口封好；13、 将第一供水管4、第一回水管3铺设于共同沟16内，并分别与共同沟16内出露的热 交换管2的进、出口连接；14、 利用聚氨酯泡沫保温材料对第一供水管4、第一回水管3及热交换管2的外露部分进 行保温处理；15、 将第一供水管4、第一回水管3和第二供水管7、第二回水管6分别于地源热泵设 备洞内的地源热泵5地源侧和空调侧的接口连接，各自形成封闭的循环系统。权利要求
1.一种隧道保温水沟地源热泵型加热系统，其特征是包括热交换管回路、地源热泵(5)和供热管回路，所述热交换管回路埋设于隧道中，供热管回路铺设于保温水沟(12)的沟壁和沟底，热交换管回路、供热管回路分别与地源热泵(5)连接。
2. 根据权利要求1所述的隧道保温水沟地源热泵型加热系统，其特征是所述热交换管回路 包括多组热交换管(2)，各组热交换管(2)两端分别通过第一回水总管(3)、第一供水 总管(4)与地源热泵(5)连接。
3. 根据权利要求1所述的隧道保温水沟地源热泵型加热系统，其特征是所述供热管回路包 括多组供热管(8)，各组供热管(8)的两端分别通过第二回水总管(6)、第二供水总管(7)与地源热泵(5)连接。
4. 根据权利要求2所述的隧道保温水沟地源热泵型加热系统，其特征是所述热交换管(2) 铺设于隧道初衬(9)与二次初衬(10)之间。
5. 根据权利要求2所述的隧道保温水沟地源热泵型加热系统，其特征是所述第一回水总管(3),第一供水总管(4)置于共同沟(16)内。
6. 根据权利要求3所述的隧道保温水沟地源热泵型加热系统，其特征是:在所述保温水沟(12) 上设有两层保温盖板(13)，第二回水总管(6)、第二供水总管(7)位于两层保温盖板(13) 之间。
7. 根据权利要求1所述的隧道保温水沟地源热泵型加热系统，其特征是所述保温水沟(12) 的沟壁及沟底由外向内依次设有沥青涂层(15)、聚氨酯保温板(11)及沥青涂层(15)。
全文摘要
本发明公开了一种隧道保温水沟地源热泵型加热系统，包括热交换管回路、地源热泵和供热管回路，所述热交换管回路埋设于隧道中，供热管回路铺设于保温水沟的沟壁和沟底，热交换管回路、供热管回路分别与地源热泵连接。隧道保温水沟地源热泵型加热系统属于主动供暖系统，可以确保保温水沟内的地下水顺利排出洞外，不产生冻结现象。与深埋水沟和防寒泄水洞相比，防冻保暖效果更可靠。该系统采用低温热水供暖方式，既可确保保温水沟内的地下水受热均匀，又可减少热量损失，具有很好的节能效果。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，还可以节省部分初期建设投资。与加热电缆型保温水沟加热系统相比，可节省70％的后期运行维护费用。与普通燃料锅炉相比，无CO<sub>2</sub>排放。
文档编号E21D11/38GK101672189SQ200910196240
公开日2010年3月17日 申请日期2009年9月23日 优先权日2009年9月23日
发明者夏才初, 张国柱 申请人:同济大学