一种用于隧道围岩蓄热取热的系统及控制方法

本发明涉及建筑节能环保领域，尤其涉及敷设于地铁隧道仰拱内的换热系统及系统。

背景技术：

1、太阳能、地热能等再生能源已广泛用于建筑供暖、制冷等行业中，但其不稳定、能量密度低的特点易导致源侧和负荷侧能源供需不协调，造成能源浪费。而蓄热材料的出现为热量储存再利用提供了便利。地铁隧道具有巨大的蓄热潜力，围岩内部可储存大量的热量。因此，可利用前端换热器模块将太阳能、地上建筑余热输送至围岩储存以供建筑供暖使用。发明人发现目前用于隧道内的前端换热器模块仅能单独执行蓄热或取热的功能，而无法使蓄热、取热同步进行，使得热泵从围岩取热用于建筑供暖时，地上空间收集的多余热量无法及时储存到围岩中。

技术实现思路

1、为了解决上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种用于隧道围岩蓄热取热的系统及控制方法，能够有效的将热能储存在地铁隧道中，同时实现前端换热器模块的同步蓄热、取热功能。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于隧道围岩蓄热取热的系统，包括有若干个前端换热器模块，每个前端换热器模块均包括有两个取热管和一个蓄热管，其中两个取热管分别位于蓄热管的两侧并串联连接；连接两个取热管的第一连接管道与蓄热管相连。

3、若干个前端换热器模块沿隧道轴向布置并并联连接至干管，其中一个取热管的出口段连接至取热回水干管，并依次连接循环水泵、地源热泵机组，然后通过取热供水干管将连接至另外一个取热管的进口段，形成一个封闭的取热环路。

4、蓄热管进水段连接至蓄热供水干管，并依次与循环水泵、电动阀、板式换热器、蓄热水箱连接，最后通过蓄热回水干管连接至蓄热管回水段，形成一个封闭的蓄热环路。

5、优选的，两个取热管分别为第一取热管和第二取热管；

6、第一取热管的进水段与蓄热管的进水段通过第二连接管道相连，并通过第一阀门来控制第二连接管道的开关；

7、蓄热管的回水段与第一连接管道通过第三连接管道相连，并通过第二阀门来控制第三连接管道的开关；

8、第二取热管的回水段与蓄热管的回水段连接通过第四连接管道相连，并由第三阀门来控制第四连接管道的开关。

9、优选的，还包括有：

10、温度传感器，用于检测取热环路和测蓄热环路中液体的温度。

11、优选的，第一取热管、第二取热管和蓄热管的进水口以及出水口处均配有第四阀门。

12、本发明还提出一种用于隧道围岩蓄热取热的系统控制方法，该系统上述提及的用于隧道围岩蓄热取热的系统，该系统共计有三种运行模式，第一种运行模式为仅执行取热工况，第二种运行模式为仅执行蓄热工况，第三种运行模式为蓄热工况、取热工况同时进行；

13、控制方法如下：

14、供暖季时，系统仅执行第一种运行模式，或第一种运行模式和第三种运行模式同步执行。具体的为：开启地源热泵机组、循环水泵使取热环路执行取热工况，向末端用户转移热量用于供暖，若此时地上设施(如太阳能集热器)存在余热，也可以开启板式换热器、循环水泵使蓄热环路执行蓄热工况，从而实现前端换热器模块的同步蓄热、取热；若此时地上设施无余热产生，则关闭蓄热环路，前端换热器模块仅执行取热工况。

15、制冷季时，系统仅执行第二种运行模式，或第一种运行模式和第三种运行模式同步执行。具体的为：末端用户需要建筑内部的热量转移，因此开启地源热泵机组、循环水泵使取热环路执行蓄热工况，若地上设施有余热产生，则开启板式换热器、循环水泵时蓄热环路也执行蓄热工况，此时蓄热环路、取热环路同时执行蓄热工况。

16、过渡季时，系统执行第二种运行模式。具体的为：用户末端无制冷、供暖需求，此时关闭取热环路，若地上设施由余热产生，则开启板式换热器、循环水泵时蓄热环路执行蓄热工况。

17、优选的，第一种运行模式具体的运行包括：开启第一阀门、第二阀门以及两个取热管进出口处的第四阀门，关闭第三阀门以及蓄热管进出口处的第四阀门，蓄热管和取热管通过连接管道进行连接，开启地源热泵机组从围岩内提取热量。

18、优选的，第二种运行模式具体的运行包括：开启第一阀门、第二阀门以及蓄热管进出口处的第四阀门，关闭第三阀门以及两个取热管进出口处的第四阀门，蓄热管和第一取热管通过第一连接管道连接，三组管道均执行蓄热工况，通过与板式换热器连接的蓄热环路向围岩内储存热量。

19、优选的，第三种运行模式具体的运行包括：开启蓄热管、两个取热管进出口处的第四阀门，关闭第二阀门，两个取热管、蓄热管均独立运行，地源热泵机组通过取热环路从围岩和蓄热管中提取热量用于建筑供暖，板式换热器通过蓄热环路向围岩中储存热量。

20、与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：

21、本发明利用阀门开关来控制前端换热器模块中取热管和蓄热管的运行，前端换热器模块既可以单独执行蓄热或取热工况，也可以同时执行蓄热、取热工况。从而将地上设施多余的热量储存在利用，借此改善源侧和负荷侧供需不平衡的问题，缓解围岩热失衡问题，提高能源综合利用率。

技术特征：

1.一种用于隧道围岩蓄热取热的系统，其特征在于，包括有若干个前端换热器模块，每个前端换热器模块均包括有两个取热管和一个蓄热管，其中两个取热管分别位于蓄热管的两侧并串联连接；连接两个取热管的第一连接管道与蓄热管相连；

2.根据权利要求1所述的一种用于隧道围岩蓄热取热的系统，其特征在于，两个取热管分别为第一取热管和第二取热管；

3.根据权利要求2所述的一种用于隧道围岩蓄热取热的系统，其特征在于，还包括有：

4.根据权利要求3所述的一种用于隧道围岩蓄热取热的系统，其特征在于，第一取热管、第二取热管和蓄热管的进水口以及出水口处均配有第四阀门。

5.一种用于隧道围岩蓄热取热的系统控制方法，该系统为权利要求4所述的用于隧道围岩蓄热取热的系统，其特征在于，该系统共计有三种运行模式，第一种运行模式为仅执行取热工况，第二种运行模式为仅执行蓄热工况，第三种运行模式为蓄热工况、取热工况同时进行；

6.据权利要求5所述的一种用于隧道围岩蓄热取热的系统的控制方法，其特征在于，第一种运行模式具体的运行包括：开启第一阀门、第二阀门以及两个取热管进出口处的第四阀门，关闭第三阀门以及蓄热管进出口处的第四阀门，蓄热管和取热管通过第一连接管道进行连接，开启地源热泵机组从围岩内提取热量。

7.根据权利要求6述的一种用于隧道围岩蓄热取热的系统的控制方法，其特征在于，第二种运行模式具体的运行包括：开启第一阀门、第二阀门以及蓄热管进出口处的第四阀门，关闭第三阀门以及两个取热管进出口处的第四阀门，蓄热管和第一取热管通过第一连接管道连接，三组管道均执行蓄热工况，通过与板式换热器连接的蓄热环路向围岩内储存热量。

8.根据权利要求6述的一种用于隧道围岩蓄热取热的系统的控制方法，其特征在于，第三种运行模式具体的运行包括：开启蓄热管、两个取热管进出口处的第四阀门，关闭第二阀门，两个取热管、蓄热管均独立运行，地源热泵机组通过取热环路从围岩和蓄热管中提取热量用于建筑供暖，板式换热器通过蓄热环路向围岩中储存热量。

技术总结
本发明公开了一种用于隧道围岩蓄热取热的系统及控制方法，包括有多个彼此相连的换热器；每个换热器均包括通过固定支架安装在壳体内部的换热器管束，壳体内还均匀的填充有蓄热材料，蓄热材料用于将换热器管束封装在壳体内，并使壳体和换热器管束保持热传导；换热器管束的进水口和出水口分别延伸至壳体的外壁，并且进水口通过供水支管和供水干管连通，出水口通过回水支管和回水干管连通。本发明通过将换热器放置在地铁仰拱混凝土空间内，极大程度上简化了施工过程，避免了与地铁隧道施工过程的交叉，并且由于仰拱空间内仅有混凝土，所以也不会受到其余构件的影响。

技术研发人员：季永明,焦佳琛,胡松涛,刘国丹,佟振,童力
受保护的技术使用者：青岛理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12