一种路基路面恒温系统的制作方法

本发明涉及道路温度控制，特别是涉及一种路基路面恒温系统。

背景技术：

1、城市道路以及高速公路均容易受到气候变化的影响，严重影响人们的出行安全。为了不断提高城市道路或高速公的气候韧性，需要设计一些新型系统，以为应对极端气候影响做必要的准备。

2、目前，太阳能和地热能在建筑供能领域受到广泛的关注，是实现清洁供能的关键能源利用方式，但是目前这两种能量的利用均存在着一定的局限性。其中，太阳能利用主要集中于光伏发电和光热，但太阳能受天气影响较大，只能在日光较强的白天利用；在建筑节能领域，地热能主要通过地源热泵的形式满足建筑的供热和制冷需求，但是单位面积土壤可利用的热能有限，尤其在寒冷地区，冬季供暖热负荷远大于夏季的冷负荷需求，地源热泵长期运行会使土壤温度下降，导致热泵效率降低，也会对生态环境造成一定的影响。而传统的路面温度控制方法主要依靠化学除冰剂或电加热设备，存在能耗高、环境污染等问题。现有技术中将太阳能，相变储能和地源热泵有机结合的应用较少，因此，为了应对极端气候对道路的恶劣影响，需要一种能够克服地源热泵长期使用易导致冷热负荷不均衡问题的路基路面恒温多元系统，进而实现道路路面和路基的热平衡。

3、因此，如何提供一种路基路面恒温系统，能够将太阳能、相变储能和地源热泵有机结合，通过综合利用多种形式能源实现不同季节的道路路面和路基热平衡调节，且具有资源利用率高、低能耗及清洁供能的特点是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提出的路基路面恒温系统，旨在解决上述传统地源热泵热源单一，长期使用易导致土壤热不平衡，冷热负荷不均衡，无法有效维持路基路面热平衡的技术问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明提供了一种路基路面恒温系统，包括：

4、地面换热组件，所述地面换热组件埋设于路面下方，与路基路面进行换热；

5、地埋管换热装置，所述地埋管换热装置埋设于地下，与土壤进行换热；

6、管路组件，用于系统换热介质的输送控制；

7、热泵机组，所述地埋管换热装置通过所述管路组件连接所述热泵机组，以作为热交换的热源或冷源；所述热泵机组通过所述管路组件连接所述地面换热组件，以向路基路面传热增温或制冷降温；

8、太阳能装置，所述太阳能装置通过所述管路组件连接所述热泵机组，以作为热交换的热源；

9、冷却水装置，所述冷却水装置通过所述管路组件连接所述热泵机组，以作为热交换的冷源；

10、相变储能装置，所述相变储能装置通过所述管路组件连接所述太阳能装置与所述冷却水装置；所述相变储能装置可输入所述太阳能装置中的热水以进行换热储能，并将经换热后的冷却水输出至所述冷却水装置中以进行蓄冷；所述相变储能装置可输入所述冷却水装置中的冷却水以将冷却水加热升温，并将加热后的升温水通过所述管路组件输出至所述热泵机组以进行供热。

11、本发明的一种路基路面恒温系统使用时，热泵机组通过埋设于路面下方的地面换热组件对路基路面温度控制；地埋管换热装置可在冬季和夏季为热泵机组供冷或供热，太阳能装置可将太阳能转变为热能，在冬季直接对热泵机组进行供热，以提高热泵机组的工作性能；冷却水装置用于蓄存冷却水且可直接对为热泵机组进行供冷；太阳能装置也可将产生的多余热量通过相变储能装置存储起来进行蓄能；相变储能装置储热的过程中排出的冷却水可存储在冷却水装置中进行存储蓄冷；冷却水装置中的冷却水可通过相变储能装置进行加热并输送至热泵机组，实现了利用相变储能装置的储能对热泵机组供热。本发明通过综合利用了太阳能、相变储能、地热及冷水多种形式能源辅助热泵机组调控路基路面温度以实现热平衡，无需长期单一提取地源热，解决了土壤热不平衡的问题，更加利于系统实现一年四季的冷热负荷均衡，可实现不同季节道路路面和路基热平衡的有效调节，且具有资源利用率高、低能耗及清洁供能的优点。

12、作为上述技术方案的进一步改进，所述太阳能装置包括太阳能板组件和太阳能换热器，所述太阳能板组件通过所述管路组件循环连接所述太阳能换热器，以进行换热介质的循环；所述太阳能换热器通过所述管路组件循环连接所述热泵机组以供热；所述太阳能板组件电连接所述热泵机组以提供电能。

13、上述技术方案的有益效果是：太阳能板组件可将太阳能转化为电能，以满足热泵机组的电力需求；太阳能板组件也可将太阳能转化为热能，并通过太阳能换热器将热量传递给循环水，增温后的循环水通过管路组件向热泵机组进行供热。

14、作为上述技术方案的进一步改进，所述冷却水装置包括设置在路基路面一侧的排水收集器和冷却储水罐；所述排水收集器通过所述管路组件连通所述冷却储水罐，可将收集的地面积水输送至所述冷却储水罐中以作为换热循环用水；所述冷却储水罐通过所述管路组件连接所述热泵机组；所述冷却储水罐通过所述管路组件连通所述相变储能装置。

15、上述技术方案的有益效果是：排水收集器用于收集地面积水，并可存储在冷却储水罐中为系统提供换热循环用水。

16、作为上述技术方案的进一步改进，所述相变储能装置包括保温箱体和设置在所述保温箱体内部的蓄热球；所述太阳能换热器、所述保温箱体与所述冷却储水罐通过所述管路组件依次连通。

17、上述技术方案的有益效果是：蓄热球用于蓄热，保温箱体可防止热量散失。

18、作为上述技术方案的进一步改进，所述蓄热球为hdpe塑料空心球，且其内部装有蓄热相变材料；所述蓄热相变材料为36℃蓄热相变材料，包括氢氧化钠、氯化钠和水，质量百分比为：氢氧化钠30～50％、氯化钠0～10％及水40～60％，其相变潜热为240～260kj/kg，其密度为1.45～1.55kg/l。

19、作为上述技术方案的进一步改进，所述管路组件包括第一进管、第一出管、第二进管、第二出管、第三进管、第三出管、第四进管及第四出管；

20、所述第一进管一端连通所述太阳能板组件的热介质出口，另一端连通所述太阳能换热器的热介质入口m；所述第一出管一端连通所述太阳能换热器的热介质出口n，另一端连通所述太阳能板组件的热介质入口，以形成换热循环回路一；所述换热循环回路一上安装有循环泵一和温度传感器一；

21、所述第二进管一端连通所述太阳能换热器的冷介质出口a，另一端连通所述热泵机组的蒸发器的入口t；所述第二出管一端连通所述热泵机组的蒸发器的出口v，另一端连通所述太阳能换热器的冷介质入口h，以形成换热循环回路二；所述换热循环回路二上安装有循环泵二、阀门一和温度传感器二；

22、所述第三进管一端连通所述冷却水装置出口s，另一端连通所述热泵机组的蒸发器的入口t；所述第三出管一端连通所述热泵机组的蒸发器的出口v，另一端连通所述冷却水装置的水口u，以形成换热循环回路三；所述换热循环回路三上安装有循环泵三、阀门二和温度传感器三；

23、所述第四进管一端连通所述热泵机组的冷凝器出口w，另一端连通所述地面换热组件的入口；所述第四出管一端连通所述地面换热组件的出口，另一端连通所述热泵机组的冷凝器的入口x，以形成换热循环回路四；所述换热循环回路四上安装有循环泵四、阀门三和温度传感器四。

24、上述技术方案的有益效果是：循环泵一用于驱动热介质在换热循环回路一循环流动，以将太阳能板组件获得的热能循环传递至太阳能换热器中；循环泵二用于驱动循环水在换热循环回路二中循环流动，以使循环水在太阳能换热器中换热吸能变为升温循环水，并将升温循环水循环输送至热泵机组的蒸发器进行辅助供热；循环泵三用于驱动冷却水装置中的低温循环水在换热循环回路三中循环流动，以将低温循环水循环输送至热泵机组的蒸发器进行辅助供冷；循环泵四用于驱动循环水在换热循环回路四中循环流动，以在热泵机组的冷凝器与地面换热组件之间循环换热，以调节路基路面温度，实现路基路面的恒温。温度传感器一、温度传感器二、温度传感器三及温度传感器四可采集各个循环回路中循环介质温度，根据温度情况，可通过控制阀门一和阀门二实现供冷和供热的切换，阀门三可控制启闭换热循环回路四。

25、作为上述技术方案的进一步改进，所述管路组件还包括连通管一、连通管二和连通管三；

26、所述连通管一一端连通所述太阳能换热器的冷介质出口p，另一端连通所述相变储能装置的水口y；所述连通管二一端连通所述相变储能装置的水口q，另一端连通所述冷却水装置的水口r；所述连通管三一端连通所述相变储能装置的水口u，另一端连通所述热泵机组的蒸发器的入口t；

27、所述连通管一上安装有阀门四；所述连通管二上安装有阀门五和循环泵五；所述连通管三上安装有阀门六。

28、上述技术方案的有益效果是：循环泵五可驱动太阳能换热器中换热后的升温循环水进入相变储能装置中进行蓄热，循环水流出相变储能装置后将变为低温冷却水，低温冷却水可存储在冷却水装置中实现供冷备用；循环泵五可驱动冷却水装置中的冷却水进入相变储能装置中进行吸热升温，并将升温后的循环水输送至热泵机组的蒸发器进行辅助供热。相变储能装置的蓄热功能可将太阳能装置产生的多余热能进行蓄存，以便在需要时释放使用；相变储能装置可将高温循环水冷却，以为冷却水装置供应冷水，提高冷却水装置冷水的存储效果。

29、作为上述技术方案的进一步改进，所述管路组件还包括连通管四、连通管五和连通管六；

30、所述连通管四一端连通所述地埋管换热装置的水口o，另一端连通所述第二进管；所述阀门一包括阀门一a、阀门一b和阀门一c；所述阀门一a和所述阀门一b安装在所述第二进管上且一一对应所述连通管四的另一端两侧；所述循环泵二安装在所述第二进管上且对应所述阀门一a与所述冷介质出口a之间；所述阀门一c安装在所述第二进管上；

31、所述连通管五一端连通所述地埋管换热装置的水口l，另一端连通在所述第二出管上且对应所述太阳能换热器的冷介质入口h与所述阀门一c之间；

32、所述连通管四上安装有阀门七；所述连通管五上安装有阀门八和循环泵六；

33、所述连通管六并联连通在所述连通管五上，且其两端对应所述阀门八和所述循环泵六的外侧；所述连通管六上安装有阀门九。

34、上述技术方案的有益效果是：循环泵六可驱动循环水在地埋管换热装置、连通管四、第二进管、热泵机组的蒸发器、第二出管及连通管五中循环流动，形成换热循环回路五，以将地埋管换热装置中与地热换热后的恒温水循环输送至热泵机组的蒸发器进行供冷或供热。循环泵二可驱动循环水在地埋管换热装置、连通管六、太阳能换热器、第二进管及连通管四中循环流动，形成换热循环回路六，以将太阳能换热器中热能通过循环水输送至地埋管换热装置中，并实现对地埋管换热装置处的土壤进行补充热量，以进一步实现土壤热平衡。换热循环回路五和换热循环回路六的切换可通过控制阀门一a、阀门一b、阀门一c、阀门七、阀门八及阀门九的启闭实现。

35、作为上述技术方案的进一步改进，还包括控制器，所述管路组件上安装有多个用于检测管路中循环介质温度的温度传感器、多个用于启闭管路的电控阀门和多个驱动循环介质在管路中流动的泵体，所述控制器电连接所述温度传感器、所述电控阀门、所述泵体及所述热泵机组，用于根据接收获得的所述温度传感器的温度数据启闭所述电控阀门、所述泵体及所述热泵机组，进而协同控制所述地埋管换热装置、所述太阳能装置、所述冷却水装置及所述相变储能装置与所述热泵机组的热交换，以及控制所述热泵机组与所述地面换热组件的热交换。

36、上述技术方案的有益效果是：控制器根据循环回路的温度情况协同控制各个热源或冷源对热泵机组进行辅助供热或供冷，可应对一年四季的环境温度变化，利于实现路基路面的恒温调节。

37、作为上述技术方案的进一步改进，所述地埋管换热装置的地埋管为多个依次连接且垂直地面分布的u型弯折管道，且地埋管的管径小于管路组件的管径。

38、上述技术方案的有益效果是：地埋管采用垂直地面分布的u型弯折管道，且地埋管的管径相对较小，便于使其管内流体呈现紊流区，使流体与管内壁之间的换热效果更好；管路组件的管径相对较大，能够减小循环回路中循环泵的能耗，更加节能环保。

39、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种路基路面恒温系统，具有以下优点及有益效果：

40、1、本发明通过设置的太阳能装置能够利用太阳能转化为热能和电能，既方便为热泵机组辅助供电，减少能源的损耗，同时热能可以存储在相变储能装置中，在冬天温度较低时候，同时太阳光照时间较短导致太阳能不足情况下，可以将相变储能装置收集的能量通过供热管路将热量传送至热泵机组，辅助热泵机组进行供热工作。

41、2、本发明通过排水收集器收集道路雨水，可经过净化后储存在冷却储水罐中，在夏天辅助地源热泵机组供冷，对路面进行降温，降低了对生态环境的影响。

42、3、本发明太阳能装置通过换热介质制热，通过换热器与循环水换热，然后通过管路将循环水输送到地埋管换热器内，为土壤补充热量，为冬天热泵机组的运行提供保障。换热介质可提高太阳能的利用率，提高热量补充效果，且换热介质与循环水不会接触，避免冷热接触导致影响热量补充效果。

43、4、本发明控制器根据季节的不同，自行调整不同的运行模式，各个单元协同工作，让路基路面在一年四季都能保持相对恒温，有效地缓解了极端天气对城市道路设施所带来的不利影响。

44、5、本发明太阳能装置和相变储能装置作为冬季供暖地源热泵热量的补充，减小地源热泵长期运行导致的土壤温度下降，解决地源热使用长期冷热负荷不均衡问题，实现了土壤长期利用的热平衡。