本實用新型涉及隧道圍巖領域，尤其是一種能源隧道襯砌層埋式地溫能熱交換裝置。

背景技術：

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有兩種，一種是直接收集隧道圍巖內(nèi)的地熱水，該技術屬于被動提取技術，但該技術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)則無法應用；另外一種是在隧道二襯與初襯之間埋設熱交換管，通過管內(nèi)的傳熱循環(huán)介質與圍巖之間的溫差提取隧道圍巖地溫能，該技術屬于主動提取技術，不受氣候條件限制，但該技術需要額外鋪設熱交換管路，增加建造成本和施工工期，熱交換管管壁導熱性不佳，導致熱交換管的換熱效率低。

技術實現(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)，而主動提取技術需要增加建造成本和施工工期等難題，本實用新型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襯砌層埋式地溫能熱交換裝置。

本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種能源隧道襯砌層埋式地溫能熱交換裝置，該隧道包括隧道初襯和隧道二襯，在所述隧道初襯和隧道二襯之間設置熱交換層，所述熱交換層一端與供水管連通，所述熱交換層另一端與回水管連通，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，所述熱交換層內(nèi)外設置防水層。

進一步，所述隧道初襯與熱交換層之間設置噴射防水層，所述熱交換層與隧道二襯之間設置復合式防水板。當然，也可以采用其他防水方式。

再進一步，所述供水管和回水管分別位于隧道兩側的拱腳處。

優(yōu)選的，所述隧道兩側的拱腳處設置防水底座，所述供水管和回水管分別位于所述防水底座上。

更進一步，所述防水底座與復合式防水板之間通過橡膠止水帶和螺栓進行密封連接。

所述熱交換層內(nèi)設置止水隔斷，所述止水隔斷將所述熱交換層進行分區(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有缺口，帶有缺口的止水隔斷相鄰的分區(qū)相互貫通。

再進一步，相鄰止水隔斷的缺口錯位布置。通過增設缺口數(shù)量可以獲得任意長度的熱交換器。

所述熱交換層內(nèi)填充透水材料，可以形成透水層。

所述隧道二襯的混凝土結構內(nèi)摻加用于限制高地溫圍巖與洞內(nèi)空氣之間傳熱的相變材料。

所述隧道二襯的內(nèi)壁設置保溫板。

本實用新型的技術構思為：在隧道二襯與初襯之間增設一層熱交換層，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。為了提高熱交換層內(nèi)流體的換熱效率，熱交換層進行分區(qū)設置，循環(huán)流體在各自區(qū)域內(nèi)循環(huán)流動；通過在二襯內(nèi)表面鋪設一定厚度的保溫層，以及在二襯混凝土結構內(nèi)摻加相變材料限制高地溫圍巖與洞內(nèi)空氣之間傳熱，避免地溫能流失。

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；止水隔斷的缺口設置為交錯布置，增設缺口數(shù)量可以獲得任意長度的熱交換器。

本實用新型的有益效果主要表現(xiàn)在：通過在隧道二襯和初襯之間施做熱交換層，利用熱交換層內(nèi)的循環(huán)流動的傳熱介質提取隧道圍巖內(nèi)的地溫能，與傳統(tǒng)的收集地熱水的被動提取技術相比，傳統(tǒng)的收集地熱水的被動提取技術只能應用于地下水豐富的隧道，對于欠發(fā)育和無地下水的隧道則不適用，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，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)的埋設熱交換管系統(tǒng)的主動提取技術相比，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為能源隧道襯砌層埋式地溫能熱交換裝置的橫斷面圖.

圖2為熱交換層平面展開圖。

圖3為防水底座與復合式防水板的密封連接圖。

圖中1為隧道初襯；2為噴射防水層；3為熱交換層；4為復合式防水板；5為隧道二襯相變混凝土；6為保溫板；7為供水管；8為回水管；9為防水底座；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為橡膠止水帶；16為螺栓。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型作進一步描述。

參照圖1～圖3，一種能源隧道襯砌層埋式地溫能熱交換裝置，該隧道包括隧道初襯1和隧道二襯5，在所述隧道初襯1和隧道二襯5之間設置熱交換層3，所述熱交換層3一端與供水管7連通，所述熱交換層3另一端與回水管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5內(nèi)外設置防水層。

進一步，所述隧道初襯1與熱交換層3之間設置噴射防水層2，所述熱交換層3與隧道二襯5之間設置復合式防水板4。當然，也可以采用其他防水方式。

再進一步，所述供水管7和回水管8分別位于隧道兩側的拱腳處。

優(yōu)選的，所述隧道兩側的拱腳處設置防水底座9，所述供水管和回水管分別位于所述防水底座9上。

更進一步，所述防水底座9與復合式防水板4之間通過橡膠止水帶15和螺栓16進行密封連接。

所述熱交換層3內(nèi)設置止水隔斷12，所述止水隔斷12將所述熱交換層進行分區(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的一端設有缺口，帶有缺口的止水隔斷相鄰的分區(qū)相互貫通。

再進一步，相鄰止水隔斷的缺口錯位布置。通過增設缺口數(shù)量可以獲得任意長度的熱交換器。

所述熱交換層3內(nèi)填充透水材料，可以形成透水層。

所述隧道二襯6的混凝土結構內(nèi)摻加用于限制高地溫圍巖與洞內(nèi)空氣之間傳熱的相變材料。

所述隧道二襯5的內(nèi)壁設置保溫板6。

本實施例的能源隧道襯砌層埋式地溫能熱交換裝置，由噴射防水層、熱交換層、止水隔斷、供水管、回水管、預制防水底座、橡膠止水帶、螺栓和水泵組成，熱交換層位于隧道初襯和二襯之間，熱交換層兩側分別施做防水層，在初襯與熱交換層之間施做噴射防水層，在熱交換層與二襯之間鋪設復合式防水板；

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

供水管和回水管分別位于隧道兩側拱腳處的防水底座上，防水底座為預制混凝土構件；

防水底座與復合式防水板之間通過橡膠止水帶和螺栓進行密封連接。

本實施例的能源隧道襯砌層埋式地溫能熱交換裝置的施工過程如下：

①施工隧道初襯，在隧道拱腳處安裝混凝土預制防水底座，在隧道初襯表面和防水底座上施做一定厚度的噴射防水層；

②在噴射防水層上安裝止水隔斷，對熱交換層進行分區(qū)；

③在防水底座上安裝供水管和回水管；

④施做熱交換層；

⑤安裝復合式防水板，利用橡膠止水帶和螺栓對復合式防水板與防水底座進行密封連接；

⑥澆注隧道二襯相變混凝土；

⑦安裝隧道保溫板和防火板。

在實際應用中，如果地溫較高，則直接應用，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，則需要熱泵設備提升，即供水管和回水管與熱泵連接形成循環(huán)管路。