本發(fā)明涉及隧道圍巖領(lǐng)域，尤其是一種能源隧道仰拱層埋式地溫能熱交換系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在地球淺表層數(shù)百米內(nèi)的土壤溫度隨深度呈遞增趨勢，深度每增加100米地溫升高約3-5℃，地下1000米處的地溫約為40-50℃，埋深數(shù)百米的山嶺隧道圍巖內(nèi)儲存著巨大的地溫能?，F(xiàn)有的隧道圍巖地溫能提取技術(shù)有兩種，一種是直接收集隧道圍巖內(nèi)的地?zé)崴?，該技術(shù)屬于被動提取技術(shù)，但該技術(shù)僅適用于地下水豐富的地區(qū)，在地下水量小或無地下水的地區(qū)則無法應(yīng)用；另外一種是在隧道二襯與初襯之間埋設(shè)熱交換管，通過管內(nèi)的傳熱循環(huán)介質(zhì)與圍巖之間的溫差提取隧道圍巖地溫能，該技術(shù)屬于主動提取技術(shù)，不受氣候條件限制，但該技術(shù)需要額外鋪設(shè)熱交換管路，增加建造成本和施工工期，熱交換管管壁導(dǎo)熱性不佳，導(dǎo)致熱交換管的換熱效率低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有隧道圍巖地溫能的被動提取技術(shù)不適用于地下水欠發(fā)育和不發(fā)育地區(qū)，而主動提取技術(shù)需要增加建造成本和施工工期等難題，本發(fā)明提供一種適用性良好、換熱效率更高、節(jié)省成本和節(jié)約施工周期的能源隧道仰拱層埋式地溫能熱交換系統(tǒng)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種能源隧道仰拱層埋式地溫能熱交換系統(tǒng)，該隧道包括路面、隧道二襯和隧道仰拱，路面上方為所述隧道二襯，路面下方為回填層，所述回填層位于所述隧道仰拱上，在所述隧道仰拱和回填層之間設(shè)置熱交換層，所述熱交換層的入水口與供水管連通，所述熱交換層的出水口與回水管連通，所述供水管和回水管均與用戶端或熱泵連接形成封閉循環(huán)管路，所述熱交換層上方設(shè)置防水層。

進(jìn)一步，所述防水層與所述回填層的底面相接。

再進(jìn)一步，所述熱交換層內(nèi)設(shè)置止水隔斷，所述止水隔斷將所述熱交換層進(jìn)行分區(qū)，每個分區(qū)分別與各自的供水管和回水管連通形成封閉循環(huán)子系統(tǒng)。

優(yōu)選的，所述止水隔斷的一端設(shè)有缺口，帶有缺口的止水隔斷相鄰的分區(qū)相互貫通。

再進(jìn)一步，相鄰止水隔斷的缺口錯位布置。通過增設(shè)缺口數(shù)量可以獲得任意長度的熱交換器。

再進(jìn)一步，所述熱交換層內(nèi)填充透水材料，可以形成透水層。

所述回填層為輕質(zhì)相變保溫混凝泥土回填層。

所述路面的兩端設(shè)有水管溝，所述供水管和回水管位于所述水管溝內(nèi)。

所述熱交換層的入水口與供水管之間、所述熱交換層的出水口與回水管之前均通過連接管連通。

本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為：鑒于現(xiàn)有的隧道圍巖地?zé)崴畢R集技術(shù)無法應(yīng)用于隧道路面下方圍巖地溫能的提取，而鋪設(shè)熱交換管路會增加工程建造成本和拖延施工工期等難題，本發(fā)明提出了一種新型地溫能提取技術(shù)。該技術(shù)在隧道仰拱上方施做一層熱交換層，熱交換層上方施做防水層，利用供水管路和回水管路與熱交換層組成封閉的循環(huán)換熱系統(tǒng)，通過熱交換層內(nèi)的循環(huán)流體提取隧道圍巖內(nèi)的地溫能。每組換熱系統(tǒng)的換熱路徑和長度可以通過設(shè)置止水隔斷的不同組合獲得；路基與仰拱之間的空間由輕質(zhì)相變保溫混凝土回填，減少地溫能流失。

所述熱交換層的每個分區(qū)中，位于兩邊的止水隔斷通長布置，而位于中間的隔斷一段設(shè)置缺口，帶有缺口的止水隔斷相鄰的分區(qū)相互貫通；止水隔斷的缺口設(shè)置為交錯布置，增設(shè)缺口數(shù)量可以獲得任意長度的熱交換器。

本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在：通過在仰拱上方施做熱交換層，利用熱交換層內(nèi)的循環(huán)流動的傳熱介質(zhì)提取隧道路面下方圍巖內(nèi)的地溫能，解決了傳統(tǒng)的收集地?zé)崴谋粍犹崛〖夹g(shù)無法提取隧道路面下方圍巖內(nèi)地溫能的難題，本系統(tǒng)主動補給地下水提取隧道圍巖中的地溫能，該系統(tǒng)屬于主動提取技術(shù)，適合開采欠發(fā)育和無地下水地區(qū)的隧道地溫能開采；與傳統(tǒng)的埋設(shè)熱交換管系統(tǒng)的主動提取技術(shù)相比，熱交換層內(nèi)的循環(huán)流動水直接吸收圍巖中的地溫能，換熱效率更高。該系統(tǒng)無需鋪設(shè)熱交換管，節(jié)省了大量的建造成本，節(jié)約了施工工期。

附圖說明

圖1為能源隧道仰拱層埋式地溫能熱交換系統(tǒng)的橫斷面圖.

圖2為熱交換層平面展開圖。

圖3為供、回水管與水泵循環(huán)管路圖。

圖中1為隧道二襯；2為隧道仰拱；3為熱交換層；4為防水層；5為回填層；6為路面；7為供水管；8為回水管；9為連接管；10為入水口；11為出水口；12為止水隔擋；13為水泵；14為用戶端；15為水管溝。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

參照圖1～圖3，一種能源隧道仰拱層埋式地溫能熱交換系統(tǒng)，該隧道包括路面6、隧道二襯1和隧道仰拱2，路面6上方為所述隧道二襯1，路面6下方為回填層5，所述回填層5位于所述隧道仰拱2上，在所述隧道仰拱2和回填層5之間設(shè)置熱交換層3，所述熱交換層3的入水口10與供水管7連通，所述熱交換層3的出水口11與回水管8連通，所述供水管7和回水管8均與用戶端或熱泵連接形成封閉循環(huán)管路，所述熱交換層3上方設(shè)置防水層4。

進(jìn)一步，所述防水層4與所述回填層5的底面相接。

再進(jìn)一步，所述熱交換層3內(nèi)設(shè)置止水隔斷12，所述止水隔斷12將所述熱交換層進(jìn)行分區(qū)，每個分區(qū)分別與各自的供水管和回水管連通形成封閉循環(huán)子系統(tǒng)。

優(yōu)選的，所述止水隔斷12的一端設(shè)有缺口，帶有缺口的止水隔斷相鄰的分區(qū)相互貫通。

再進(jìn)一步，相鄰止水隔斷的缺口錯位布置。通過增設(shè)缺口數(shù)量可以獲得任意長度的熱交換器。

再進(jìn)一步，所述熱交換層3內(nèi)填充透水材料，可以形成透水層。

所述回填層5為輕質(zhì)相變保溫混凝泥土回填層。

所述路面6的兩端設(shè)有水管溝15，所述供水管7和回水管8位于所述水管溝15內(nèi)。

所述熱交換層的入水口與供水管之間、所述熱交換層的出水口與回水管之前均通過連接管9連通。

本實施例的能源隧道仰拱層埋式地溫能熱交換系統(tǒng)，該系統(tǒng)由熱交換層、止水隔斷、防水層、供水管、回水管、輕質(zhì)相變保溫回填層和水泵組成，熱交換層位于隧道仰拱上，熱交換層上方施做防水層，防水層與路面之間的空間由輕質(zhì)相變保溫混凝泥土回填；

利用止水隔斷對熱交換層進(jìn)行分割，各分區(qū)的熱交換層分別與供水管和回水管進(jìn)行連接形成封閉循環(huán)系統(tǒng)；通過改變止水隔斷之間的組合可以獲得任意長度的熱交換器；

供水管和回水管與水泵連接形成封閉的循環(huán)系統(tǒng)。

本實施例的能源隧道仰拱層埋式地溫能熱交換系統(tǒng)的施工過程如下：

①施工隧道仰拱，并在仰拱上安置止水隔斷，對熱交換層進(jìn)行分區(qū)；

②施做熱交換層；

③安裝供水管和回水管，并分別與熱交換層進(jìn)行連接；

④施做防水層；

⑤澆注相變輕質(zhì)保溫混凝土；

⑥施做路基路面層；

⑦通過循環(huán)水泵13連接供水管7、回水管8和用戶端14或熱泵，形成封閉循環(huán)系統(tǒng)。

在實際應(yīng)用中，如果地溫較高，則直接應(yīng)用，即通過循環(huán)水泵與用戶端連接形成循環(huán)管路；如果地溫不夠高，不能直接利用，則需要熱泵設(shè)備提升，即供水管和回水管與熱泵連接形成循環(huán)管路。