一种太阳能风泵互补型隧道自然通风系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种隧道通风系统，具体涉及一种太阳能风栗互补型隧道自然通风系统及方法。
【背景技术】
[0002]随着国家经济发展，全国高速公路里程达11.19万公里，居世界第一位。公路隧道作为重要的构造物类型，既能缩短公路里程，保证最佳线形、提高技术标准，便利行车，又可有效防止恶劣天气及不良地质灾害，提高行车的安全性，同时能较好地与当地环境相协调，保全自然景观，从而得到了广泛应用。据统计，截至2014年底，全国公路隧道12404处、1075.67万米，其中特长隧道626处、276.62万米。目前，我国已成为世界上修建隧道数量最多、发展最快的国家。
[0003]近年来能源问题的日益突出，隧道通风领域出现了丰富多样的节能手段。1991年开始运营的日本关越隧道长1km以上，采用两直径9.7m竖井+多台静电集尘器的组合通风方案。日本学者证明静电集尘器加送排式竖井的纵向通风系统不仅可以应用在关越隧道上，且不论交通方式如何、隧道长短，均可采用该通风方式。2000年底通车的挪威莱尔多隧道，采用了 “单斜井+烟尘及氮氧化物净化器+射流风机”组合的纵向通风方式，空气净化器可以清除空气中的烟尘颗粒和N02有害气体。对于长大公路隧道，我国现多采用纵向分段式通风，但该方式仍然能耗高昂。
[0004]我国于2014年8月I日开始执行的《公路隧道通风设计细贝lj》(JTG/TD70/2-02-2014)，行业标准为其隧道通风技术应用铺平了道路。为了节能减排，实际工程中希望尽量利用自然通风来实现。因为这种自然通风系统本身属于大自然的绿色能源的合理利用，若根据隧址气象条件对自然风进行研究，掌握其规律，并在运营通风中加以利用，将起到明显的节能的效果，而根据调研，目前对于公路隧道自然风的利用研究还较少，因此研究成果相对还较少，但研究前景极为广阔。
[0005]国内对隧道的自然风压的研究不多。根据经验，对于短隧道采用自然通风的方式既经济又实用；而对于长大隧道而言，一般要采用机械通风方式，但在特定条件下，自然风的影响也会相当明显，若能认识其规律并加以利用，将在节能减排方面发挥重要的作用。
[0006]负压抽风技术正是利用烟囱效应。当自然风从竖井上方经过，在竖井出口处产生动压对竖井形成负压抽吸作用，使封闭式通风竖井内压力降低，这种负压一直传输到入口处，从而把隧道中受到污染的气体吸入后从出口处排出，而从隧道的出入口端流入等量的新鲜空气，周而复始，起到了对隧道进行通风换气的作用。
[0007]国内先后依托陕西秦岭终南山特长隧道(通风竖井直径9.5米)、宁夏六盘山隧道通过通风竖井实现部分自然通风进行了应用研究并取得了一些进展，主要思路是有效利用负压抽风技术一烟囱效应结合机械排风机一起完成隧道通风功能。当自然风从竖井上方经过，在竖井出口处产生动压对竖井形成负压抽吸作用，使竖井内压力降低，从而形成对隧道内通风换气的作用。但是实际使用过程中由于受到地理位置和自然风稳定性限制其效果甚微，目前仍然还是主要依靠排风机机械通风，从而加大了耗能同时造成运行成本的增加。所以如何有效利用一次能源增加自然通风分量来实现节能减排同时降低运行成本，已经成为其推广应用的技术瓶颈。
[0008]目前直接利用风能或者地热能在通风竖井中形成负压增加自然通风量的方案由于其获取困难或者效率太低无法实施，那么有效利用太阳能作为一种能够增强负压进而强化自然通风来实现节能减排就成为其唯一的选择。
【发明内容】
[0009]本发明的目的在于提供一种太阳能风栗互补型隧道自然通风系统及方法，以克服上述现有技术存在的缺陷，本发明实现隧道在太阳光照射期间的自然通风功能，在无太阳光照射期间依靠电力驱动实现隧道通风功能，二者相互弥补，完成了在节能情况下隧道通风功能的基本要求。
[0010]为达到上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0011]一种太阳能风栗互补型隧道自然通风系统，包括贯穿设置在隧道上方的山体上的通风竖井，通风竖井的出口端设置有能够加热通风竖井出口端空气，并通过加热空气快速流出通风竖井后形成的负压抽出隧道内污染空气的太阳能风栗系统，通风竖井的入口端设置有能够在通风量不足的情况下进行辅助通风的电力驱动通风系统；太阳能风栗系统包括连接在通风竖井出口端的太阳能受热器，太阳能受热器上设有与其连通的烟囱。
[0012]进一步地，电力驱动通风系统包括设置在通风竖井入口处的风机和用于检测隧道通风量的风流量传感器，风流量传感器和风机之间连接有能够通过风流量传感器检测数据控制风机启动、停止或调速的控制器。
[0013]进一步地，太阳能受热器包括设置在外侧的透光层以及设置在透光层下方的吸热层，吸热层能够吸收通过透光层的太阳光产生热量并对经过其表面的空气进行加热。
[0014]进一步地，吸热层的下方设置有保温层。
[0015]进一步地，透光层采用钢化玻璃材料。
[0016]进一步地，吸热层的正面上设有若干散热齿，透光层支撑在所述散热齿上。
[0017]进一步地，所述的散热齿均顺着空气流动方向设置。
[0018]进一步地，烟囱的顶部设置有防雨罩。
[0019]一种太阳能风栗互补型隧道自然通风方法，通过太阳能受热器加热由通风竖井出口端流出的空气，使加热后的空气快速流出通风竖井后形成负压，利用负压将隧道内污染空气抽出，实现隧道自然通风，当隧道自然方式的通风量不足时，利用电力驱动通风系统进行辅助通风作为弥补来达到设定通风量。
[0020]进一步地，电力驱动通风系统包括设置在通风竖井入口处的风机和用于检测隧道通风量的风流量传感器，风流量传感器和风机之间连接有控制器，控制器能够通过风流量传感器检测数据控制风机启动、停止或调速。
[0021]与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果:
[0022]本发明系统通过太阳能风栗系统加热由通风竖井流入太阳能受热器的空气，空气受热后会加速从烟囱中流出，热空气由于体积膨胀引起比重下降使其加速上升，即产生定向流动，热空气加速流出后形成的负压通过通风竖井传输到入口处，即能够抽出隧道内的污染空气，从而实现隧道在太阳光照射期间的自然通风功能，同时设置电力驱动通风系统作为其补充工作模式，在无太阳光照射期间依靠电力驱动实现隧道通风功能，二者相互弥补，完成了在节能情况下隧道通风功能的要求。
[0023]进一步地，电力驱动通风系统包括设置在通风竖井中的风流量传感器以及设置在通风竖井入口处的风机，风流量传感器和风机之间连接有控制器，控制器能够通过风流量传感器检测数据控制风机启动、停止或调速，采用现代驱动技术中的无级调速运行方式，节能效果更好。
[0024]进一步地，太阳能受热器的吸热层能够吸收通过透光层的太阳光产生热量并对空气进行加热，高效利用太阳能进行通风。
[0025]进一步地，吸热层的下方设置有保温层，能够防止太阳能受热器对其外侧的空气或地面进行传热，降低传热效率。
[0026]进一步地，吸热层的正面上设有若干散热齿，透光层设置在所述散热齿上，散热齿均顺着空气流动方向设置，可以在风阻最小情况下达到最好热交换效果。
[0027]进一步地，烟囱的顶部设置有防雨罩，避免阴雨天气对系统稳定性的影响。
[0028]本发明方法通过太阳能受热器加热由通风竖井出口端流出的空气，使加热后的空气快速流出通风竖井后在出口处形成负压，再利用传输到入口处的负压将隧道内污染空气抽出，实现隧道自然通风，当隧道通风量不足时，利用电力驱动通风系统进行辅助通风，二者相互弥补，完成了在节能情况下隧道通风功能的要求。
【附图说明】
[0029]图1为本发明的超长隧道自然通风示意图；
[0030]图2为本发明的一体式太阳能风栗系统及电力驱动通风系统主视图；
[0031]图3为本发明的一体式太阳能风栗系统侧视图；
[0032]图4为本发明的一体式太阳能风栗系统安装示意图；
[0033]图5为本发明的分离式的太阳能风栗系统示意图；
[0034]图6为本发明的分离式的太阳能风栗系统剖视图。
[0035]其中，1、山体；2、太阳能风栗系统；3、通风竖井；4、隧道；5、烟囱；6、太阳能受热器；7、风机；8、控制器；9、风流量传感器；10、透光层；11、吸热层；12、保温层；13、防雨罩；14、通风管道。
【具体实施方式】
[0036]下面结合附图对本发明作进一步详细描述:
[0037]参见图1至图6，一种太阳能风栗互补型隧道自然通风系统，根