[实用新型]能源隧道仰拱层埋式地温能热交换装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及隧道围岩领域，尤其是一种能源隧道仰拱层埋式地温能热交换装置。

背景技术

在地球浅表层数百米内的土壤温度随深度呈递增趋势，深度每增加100米地温升高约3-5℃，地下1000米处的地温约为40-50℃，埋深数百米的山岭隧道围岩内储存着巨大的地温能。现有的隧道围岩地温能提取技术有两种，一种是直接收集隧道围岩内的地热水，该技术属于被动提取技术，但该技术仅适用于地下水丰富的地区，在地下水量小或无地下水的地区则无法应用；另外一种是在隧道二衬与初衬之间埋设热交换管，通过管内的传热循环介质与围岩之间的温差提取隧道围岩地温能，该技术属于主动提取技术，不受气候条件限制，但该技术需要额外铺设热交换管路，增加建造成本和施工工期，热交换管管壁导热性不佳，导致热交换管的换热效率低。

发明内容

为了克服现有隧道围岩地温能的被动提取技术不适用于地下水欠发育和不发育地区，而主动提取技术需要增加建造成本和施工工期等难题，本实用新型提供一种适用性良好、换热效率更高、节省成本和节约施工周期的能源隧道仰拱层埋式地温能热交换装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种能源隧道仰拱层埋式地温能热交换装置，该隧道包括路面、隧道二衬和隧道仰拱，路面上方为所述隧道二衬，路面下方为回填层，所述回填层位于所述隧道仰拱上，在所述隧道仰拱和回填层之间设置热交换层，所述热交换层的入水口与供水管连通，所述热交换层的出水口与回水管连通，所述供水管和回水管均与用户端或热泵连接形成封闭循环管路，所述热交换层上方设置防水层。

进一步，所述防水层与所述回填层的底面相接。

再进一步，所述热交换层内设置止水隔断，所述止水隔断将所述热交换层进行分区，每个分区分别与各自的供水管和回水管连通形成封闭循环子系统。

优选的，所述止水隔断的一端设有缺口，带有缺口的止水隔断相邻的分区相互贯通。

再进一步，相邻止水隔断的缺口错位布置。通过增设缺口数量可以获得任意长度的热交换器。

再进一步，所述热交换层内填充透水材料，可以形成透水层。

所述回填层为轻质相变保温混凝泥土回填层。

所述路面的两端设有水管沟，所述供水管和回水管位于所述水管沟内。

所述热交换层的入水口与供水管之间、所述热交换层的出水口与回水管之前均通过连接管连通。

本实用新型的技术构思为：鉴于现有的隧道围岩地热水汇集技术无法应用于隧道路面下方围岩地温能的提取，而铺设热交换管路会增加工程建造成本和拖延施工工期等难题，本实用新型提出了一种新型地温能提取技术。该技术在隧道仰拱上方施做一层热交换层，热交换层上方施做防水层，利用供水管路和回水管路与热交换层组成封闭的循环换热系统，通过热交换层内的循环流体提取隧道围岩内的地温能。每组换热系统的换热路径和长度可以通过设置止水隔断的不同组合获得；路基与仰拱之间的空间由轻质相变保温混凝土回填，减少地温能流失。

所述热交换层的每个分区中，位于两边的止水隔断通长布置，而位于中间的隔断一段设置缺口，带有缺口的止水隔断相邻的分区相互贯通；止水隔断的缺口设置为交错布置，增设缺口数量可以获得任意长度的热交换器。

本实用新型的有益效果主要表现在：通过在仰拱上方施做热交换层，利用热交换层内的循环流动的传热介质提取隧道路面下方围岩内的地温能，解决了传统的收集地热水的被动提取技术无法提取隧道路面下方围岩内地温能的难题，本系统主动补给地下水提取隧道围岩中的地温能，该系统属于主动提取技术，适合开采欠发育和无地下水地区的隧道地温能开采；与传统的埋设热交换管系统的主动提取技术相比，热交换层内的循环流动水直接吸收围岩中的地温能，换热效率更高。该系统无需铺设热交换管，节省了大量的建造成本，节约了施工工期。

附图说明

图1为能源隧道仰拱层埋式地温能热交换装置的横断面图.

图2为热交换层平面展开图。

图3为供、回水管与水泵循环管路图。

图中1为隧道二衬；2为隧道仰拱；3为热交换层；4为防水层；5为回填层；6为路面；7为供水管；8为回水管；9为连接管；10为入水口；11为出水口；12为止水隔挡；13为水泵；14为用户端；15为水管沟。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。