本发明专利技术公开了一种基于太阳能辐射加热棚和蓄热技术的公路隧道自然风利用系统及控制方法，包括公路隧道，在公路隧道上方设置有与隧道平行的管道，管道上分布有与隧道连通的通风口，管道连通竖井，竖井上连接有检查箱，检查箱连接集热棚，在集热棚内部设有多根加热管，所述集热棚内放置有低温潜热蓄热材料，多根加热管的进风口位置低于加热管的出风口位置，集热棚上方出口处连接与大气连通的烟囱。该系统将太阳能烟囱效应、太阳能集热技术和蓄热技术综合应用，不用机械动力解决隧道运营通风问题。可节约能耗，安全可靠。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及隧道通风技术，特别涉及一种基于太阳能辐射加热棚和蓄热技术的公路隧道自然风利用系统。
技术介绍
20世纪60年代中期出现石油危机，竖井送排式纵向机械通风取代了设备规模大、投资较高、耗能较多的全横向通风方式与半横向通风方式，如日本关越一线隧道(10926m)、惠那山二线隧道(8649m)。竖井送排式纵向机械通风能够快速的实现隧道全程通风，但其用电量巨大，能源利用率相对低，且现今世界能源资源的日益匮乏，无动力通风方式的重要性日益显现，但现有的研究和实践仍局限于烟囱效应的利用、自然通风与机械通风的配合应用。申请人研究发现，在公路隧道内产生自然通风驱动力主要是风压作用和热压作用，因而在多数公路隧道内建有一定高度的竖井，利用竖井上下压差及其温差驱动隧道内的空气沿着有垂直坡度的竖井空间向上升或下降，从而加强空气的对流运动，即所谓的“烟囱效应”。在多个专业领域，人们提出了自然能源的利用。为此申请人考虑利用烟囱效应结合太阳能棚热技术来实现对多种自然能源的利用，实现隧道通风。这几种能源的组合利用必将实现我国甚至于世界公路隧道界通风领域的创新，改变隧道通风技术的建设思路和模式，实现公路隧道建设的节能环保的发展。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种基于太阳能辐射加热棚和蓄热技术的公路隧道自然风利用系统，该系统将太阳能烟囱效应、太阳能集热技术和蓄热技术综合应用，不用机械动力解决隧道运营通风问题。可节约能耗，安全可靠。为了实现上述任务，本专利技术采用以下技术解决方案予以实现：一种基于太阳能辐射加热棚和蓄热技术的公路隧道自然风利用系统，包括公路隧道，其特征在于，在公路隧道上方设置有与隧道平行的管道，管道上分布有与隧道连通的通风口，管道连通竖井，竖井上连接有检查箱，检查箱连接集热棚，在集热棚内部设有多根加热管，所述集热棚内放置有低温潜热蓄热材料，多根加热管的进风口位置低于加热管的出风口位置，集热棚上方出口处连接与大气连通的烟囱。根据本专利技术，所述集热棚产生的自然通风力大于竖井通风阻抗力。所述竖井直径为100cm～200cm。所述多根加热管的进风口均与检查箱无缝相接，多根加热管的出风口与烟囱无缝相接。所述集热棚选择圆形镀膜玻璃材质制成。所述的多根加热管每根的直径为0.2m。所述烟囱内部风阻小于集热棚内部的加热管道内部风阻。所述烟囱的高宽比大于2.5:1。本专利技术的基于太阳能辐射加热棚和蓄热技术的公路隧道自然风利用系统，区别于已知的《基于烟囱效应的公路隧道自然通风方法及系统》(申请号：201610113102.3)，第一，可以满足全年300天以上的通风需求，包括夜间和阴雨天等无太阳照射情况。第二，受热媒介不为水而是采用更高蓄热能力的新型相变蓄热材料，利用太阳辐射加热置于集热棚中的新型相变(低温潜热)蓄热材料，使集热棚内部温度升高，和通过竖井连通的隧道内部产生温差，从而将热能转换成空气流动的动能，达到通风换气的作用。第三，在于无太阳能情况下不需要开启电力通风系统，通过蓄热功能实现自然通风。经现场观测、试验及仿真证明，本专利技术的太阳能辐射加热棚和蓄热技术的公路隧道自然风利用系统，对温差、通风阻力、超静压差等影响隧道自然风通风的因素进行综合判断分析，给出竖井的长度和直径影响因素下隧道通风阻力的计算公式以及温差对隧道通风的影响计算公式。所带来的技术创新点是：(1)提出了隧道内部通风阻力的计算方法。(2)在现有定性分析温度影响风速的基础上，通过建立回归模型，定量的给出了温差和风速之间的关系。(3)定量分析得到了集热棚的具体集热总量以及集热效率。(4)定量分析得到烟囱的高度，直径等因素对自然通风的风速影响(5)给出隧道口与竖井口的压强差的计算公式，并定性分析压强差对通风效果的影响。(6)通过建立真实的试验系统证明该方案可以节省80％隧道风机的开启数量。附图说明图1是本专利技术的基于太阳能辐射加热棚和蓄热技术的公路隧道自然风利用系统结构示意图。图2是应用实验例1的小型系统结构示意图。图3是应用实施例2的大型系统洞外工程设施布置示意图。下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细说明。具体实施方式参照图1，本实施例给出一种基于太阳能棚热技术和烟囱效应的公路隧道自然风利用系统，包括公路隧道，在公路隧道上方设置有与隧道平行的管道6，管道6上分布有与隧道连通的通风口，管道6连通竖井1，竖井1上连接有检查箱2，检查箱2连接集热棚4，在集热棚4内部设有多根加热管3，所述集热棚4内放置有低温潜热蓄热材料，多根加热管3的进风口位置低于加热管3的出风口位置，集热棚4上方出口处连接与大气连通的烟囱5。本实施例中，所述集热棚4产生的自然通风力大于管道6的通风阻抗力。竖井1直径为100cm～200cm。多根加热管3的进风口均与检查箱2无缝相接，多根加热管3的出风口与烟囱5无缝相接。这样有利于加热管3内的热空气从加热管3的顶部通过烟囱5输送到大气中。集热棚4设于隧道外的山坡面上，集热棚4选择圆形镀膜玻璃材质制成。多根加热管3每根直径为0.2m。烟囱5内部风阻小于集热棚4内部的加热管道3内部风阻。烟囱5的高宽比大于2.5:1。加热管3多个；并且所有加热管两端管口均与检查箱2无缝相接，加热管3的进风口位置低于加热管3的出风口位置，工作时，加热管3内部的低温潜热蓄热材料与空气进行热交换，使加热管3内的空气温度升高，受热空气由于密度下降而上升，通过加热管3的上部进而从烟囱5排出去，从而使得加热管3的下部空气压力变小，使得隧道内的空气通过竖井1进入加热管3，形成了隧道内空气通过加热管3到烟囟5输送到大气中的循环通风系统。1、通风阻抗力ΔPr满足公式：ΔPr＝ΔPλ+∑ΔPζi (1) ΔP λ = ( λ r · L D ) · ρ 2 · v r 2 - - - ( 2 ) ]]> ΣΔP ζ i = ζ i · ρ 2 · v r 2 - - - ( 3 ) ]]>式中：ΔPr：管道通风阻力；ΔPλ：沿程摩擦阻力；ΔPζi：局部阻力；λr：沿程阻力系数，取L：管道长度；D：管道直径；ρ：空气密度；Vr：管道内风速；ζi：局部阻力系数；Δ：平均壁面粗糙度；2、温度与风速之间存在着一定的函数关系，但是由于不同管径下通风阻力不同，拟合关系也并不相同。由经验公式可以看出，当集热棚4内本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于太阳能辐射加热棚和蓄热技术的公路隧道自然风利用系统，包括公路隧道，其特征在于，在公路隧道上方设置有与隧道平行的管道(6)，管道(6)上分布有与隧道连通的通风口，管道(6)连通竖井(1)，竖井(1)上连接有检查箱(2)，检查箱(2)连接集热棚(4)，在集热棚(4)内部设有多根加热管(3)，所述集热棚(4)内放置有低温潜热蓄热材料，多根加热管(3)的进风口位置低于加热管(3)的出风口位置，集热棚(4)上方出口处连接与大气连通的烟囱(5)。
【技术特征摘要】
1.一种基于太阳能辐射加热棚和蓄热技术的公路隧道自然风利用系统，包括公路隧道，其特征在于，在公路隧道上方设置有与隧道平行的管道(6)，管道(6)上分布有与隧道连通的通风口，管道(6)连通竖井(1)，竖井(1)上连接有检查箱(2)，检查箱(2)连接集热棚(4)，在集热棚(4)内部设有多根加热管(3)，所述集热棚(4)内放置有低温潜热蓄热材料，多根加热管(3)的进风口位置低于加热管(3)的出风口位置，集热棚(4)上方出口处连接与大气连通的烟囱(5)。2.如权利要求1所述的基于太阳能辐射加热棚和蓄热技术的公路隧道自然风利用系统，其特征在于，所述集热棚(4)产生的自然通风力大于管道(6)的通风阻抗力。3.如权利要求1所述的基于太阳能辐射加热棚和蓄热技术的公路隧道自然风利用系统，其特征在于，所述竖井(1)直径为100cm～200cm。4...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑晅，李雪，洪盛，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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