[发明专利]寒区隧道消防管道太阳能-地源热泵联合蓄热加热系统

说明书

技术领域

本发明涉及寒区隧道的防冻保暖，特别是一种寒区隧道消防管道太阳能-地源热泵联合蓄热加热系统。

背景技术

为了满足隧道消防用水，隧道内的消防管道应时刻注满水，在严寒地区，必须采取有效措施防治消防管道内的消防用水冻结。现有的寒区隧道消防管道电伴热加热技术可以解决管道内消防用水冬季冻结的问题，但是该技术需要消耗大量的电能，高额的运行费用给隧道运营管理带来巨大的经济负担。电伴热的使用寿命有限，在隧道服役年限内需要多次更换，同样增加了隧道运营管理成本。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种寒区隧道消防管道太阳能-地源热泵联合蓄热加热系统，彻底避免寒区隧道消防管道内的消防用水冻结，为隧道营运提供保障。

本发明采用以下技术方案：

一种寒区隧道消防管道太阳能-地源热泵联合蓄热加热系统，其特征在于：包括太阳能集热器、地源热泵换热器、地源热泵设备和供热管路；

所述地源热泵换热器包括多组换热器，多组换热器安装在隧道中部围岩内，各组换热器的两端分别通过出水管路、进水管路与地源热泵设备取热端口连成隧道中部围岩取热环路；

所述太阳能集热器的两端分别通过出水管路、进水管路与地源热泵换热器连成隧道中部围岩蓄热环路；

所述供热管路包括多组供热管，多组供热管安装在消防管道内，各组供热管的两端分别通过出水管路、进水管路与地源热泵设备供热端口连成第一隧道内消防管道的供热环路；

所述太阳能集热器的两端分别通过出水管路、进水管路与供热管路形成第二隧道内消防管道的供热环路。

优选地，所述地源热泵换热器为套管式换热器，且安装在隧道中部围岩内的中空锚杆内。

本发明所述太阳能集热器安装在隧道洞口附近。所述出水管路、进水管路和消防管道安装保温套管。

寒区隧道消防管道太阳能-地源热泵联合蓄热加热系统工作原理如下：在非供暖期，将强烈的太阳能存储于隧道中部锚杆钻孔周围的隧道围岩中，实现太阳能的跨季利用；在供暖期，实现太阳能和地源热泵联合供热，以太阳能供热为主，充分利用太阳能，地源热泵供热为辅。围岩经过蓄热和取热过程，热交换器周围的热量又恢复到了原来甚至更高的水平，提高了热泵低温热源的温度，热泵的供暖性能得到提升。

本发明的有益效果：寒区隧道消防管道太阳能-地源热泵联合蓄热加热系统属于主动供暖，可以彻底避免管道内消防用水冻结；与电加热系统相比，年运行费用可节省75%以上；将地源热泵换热器安装在隧道围岩中的中空锚杆内，从而替代传统的垂直钻孔，不占地，节省初期投资；将夏季太阳能存储于隧道围岩中，用于冬季供热，实现了太阳能跨季利用，避免了因冷热负荷不均衡诱发的钻孔周围岩土体地温逐年下降。本发明中的安装于隧道围岩内的中空锚杆内的热交换器可以提取更深处围岩的热量，削弱了洞内气温对热交换器蓄热和取热效果的影响，不受隧道长度限制。

附图说明

图1寒区隧道内消防管道加热系统工作原理图。

图2为锚杆钻孔内套管式换热器布置横断面图。

图3为图2中A放大图。

图4为图2中B放大图。

图5共同沟内消防管道及供热管布置横断面图。

具体实施方式

参见图1至图5，寒区隧道消防管道太阳能-地源热泵联合蓄热加热系统可按如下步骤实施：

1、在隧洞爆破开挖完成后，向围岩1内打设锚杆钻孔11，将地源热泵换热器2直接安装于锚杆钻孔11内的中空锚杆内；

2、将每个锚杆钻孔11内的地源热泵换热器2的进、出口分别与第一出水总管3和第一进水总管4并联同程相连，与地源热泵设备5取热端口连成取热环路；

3、管路连接完成后，施作隧道初衬16，铺挂防水板和浇注二衬17混凝土，随后施作隧道保温层18；

4、在共同沟10内混凝土支座19上安装消防管道9，将单U型供热管路8布设于消防管道9内钢筋支座21上；

5、将供热管路8的进、出口分别与第二出水总管6和第二进水总管7相连，与地源热泵设备5供热端口连成供热环路；

6、在隧道洞口附近安装太阳能集热器13，通过第三出水总管14和第三进水总管15与供热管路8形成供热环路；

7、通过转换开关12实现第三出水总管14与第一出水总管3和第二进水总管7之间的转换连接，以及第三进水总管15与第一进水总管4和第二出水总管6之间的转换连接。

8、在系统满足密封性测试要求后，对进、出水总管及外露管路安装保温套管20。