CN2679247Y - 保护冻土隔热降温装置 - Google Patents

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牛富俊
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Abstract

本实用新型涉及一种在多年冻土地区进行工程建筑中，有效保护工程建筑下部多年冻土稳定性的隔热降温组合装置，其结构为通风管垂直于路基走向并埋设在路堤填土一定深度的位置处，其端部安装自动温控通风装置，保温材料设置在通风路基通风管之间或整个通风管的上部。通过自动温控***控制路基内部土体仅与外界的低温气流进行热量交换，设置在通风管之间或上部的保温材料可以阻隔外界热量侵入，有效保存其下部的冷能。由此可以维持多年冻土的热量收支平衡，保证多年冻土的稳定，有效避免季节活动层的冻融循环所带来的冻胀、融沉对工程稳定性的影响。这种新型工程措施结合利用自然冷能的思路，具有效能突出、降温效果明显、工程施工可行、造价相对低廉、应用环境宽余等诸多优点。

Description

保护冻土隔热降温装置
技术领域
本实用新型涉及一种在多年冻土地区进行工程建筑中，有效地保护工程建筑下部(尤其是指铁路路基或公路路基)多年冻土稳定性的隔热降温组合装置。
背景技术
我国是冻土大国，多年冻土区和季节冻土区约占国土面积的70％。由于气候、环境的变迁，该区域的自然生态环境、多年冻土环境均处于平衡与非平衡的边缘状态下，造就了可称为脆弱的寒冷环境。人类活动极易诱发冻土环境的变化，工程建筑更使这个脆弱的寒冷环境产生的变化尤为剧烈。目前我国兴建的青藏铁路穿越600多公里的多年冻土区，势必发生地温升高、路基沉降、变形现象。为了确保工程质量，路基的长期稳定，列车的安全运营，应对全球气候变暖的趋势，科技工作者围绕青藏铁路国家重大工程项目，参阅俄罗斯冻土科学家将通风管垂直于路基走向埋设填土底部的试验研究(J FNixon.Geothermal aspects of ventilated pad design.Proceedings of the ThirdInternational Conference on Permafrost.1978，Edmonton，Alberta，Canada：841-846)，以及盛煜、张鲁新、杨成松等在《保温处理措施在多年冻土区道路工程中的应用》(冰川冻土，2002，24(5)：618-622)记载保护多年冻土的工程措施是在路基内加铺一层保温材料的报道，结合青藏高原多年冻土的实际，对保护冻土措施、冷却地基的方法进行了积极的探索。改变以往在冻土区路基、基础等常用的以增加热阻为手段的消极保护冻土原则，制定了以“冷却路基”为手段的积极保护冻土原则。申请的国家自然科学基金项目，中科院“西部之光——冻土工程中保护冻土温控关键技术研究”、中科院知识创新工程的重大项目“青藏铁路工程与多年冻土相互作用及其环境效应”就是针对上述问题开展的专题研究。在研究中完成了“自动温控通风装置”和“液压式自动温控通风装置”专利申请(专利号03114640.6，03114641.4)。
发明内容
本实用新型的目的基于上述思路和开展的研究工作，提供一种保护冻土隔热降温装置。通过组合结构的自动温控装置，控制路基内部土体仅与外界的低温气流进行热量交换，设置在垂直路基走向的通风管之间或上部的保温材料可以阻隔外界热量侵入。依此有效地保存路基下部的冷能，维持多年冻土的热平衡和稳定。
本实用新型的目的可通过以下技术方案来达到
一种保护冻土隔热降温装置，是由自动温控通风装置、通风管、保温材料组成。通风管垂直于路基走向并埋设在路堤填土一定深度的位置，其端部安装自动温控通风装置，保温材料设置在通风路基通风管之间、或整个通风管的上部。
所谓的保温材料至少为聚苯乙烯(EPS)、聚氨酯(PU)、泡沫玻璃、注塑聚苯乙烯(XPS)中的一种。
本实用新型的优点和有效效果是
1、安装在通风管端部的自动温控通风装置，具有容许相对低温气流的流动，而阻止高温气流流动的功能，即在环境气温低于0℃时，自动打开风门，通过通风管进行内部工作与外界气流的对流传热，当环境气温高于0℃的季节时，自动关闭风门阻止路堤和基础内部土体与气流的热量交换，阻止热量的传入，从而保护路基底部的冻土的稳定性；
2、在通风管之间或整个上部铺设一层保温材料。从整个路基底部的降温效能来看，自控通风路基降温相对通风路基得到了很大的改善。由于太阳辐射，路堤填土的导热系数相对较高，依然有较为强烈的热流会通过通风管之间的土体向下部多年冻土传导，对其效能产生很大影响。本实用新型通过在通风管之间，或在通风管的上部铺设保温材料，克服低温热量的放出，高温热量的传导，就可以大大地消减这种热传导作用，提高整体的降温效能；
3、本实用新型将自动温控通风路基与保温材料的有机结合，充分利用两者的突出优点，通过对自然界冷能的采用、储藏，达到对路基的最大降温效果，有效地解决脆弱寒区冻土与人类工程活动之间的突出矛盾，满足了工程建筑在高温、高含冰量冻土区域工程稳定性的特殊需要；
4、通过对路基内部热流量的计算，和设在通风管之间的保温材料的测试，可以减少通过通风管平面进入下部土体的热量约80％。通过试验比较，综合其它因素的影响，装有本装置的复合温控路基比通风管路基在一年的完整循环周期中，提高降温效能约3-4倍；
5、由于本实用新型在青藏铁路工程中的实施，使工程建筑基础中冷能的不断积累，多年冻土可以维持在一个较低、稳定的温度场中，有效避免常见工程措施实施后的地温升温现象，以及由此造成的路基沉降变形，使基础的工程稳定性得以建立在较高的水平上。同时由于人为多年冻土上限的提高，避免了季节活动层的冻融循环所带来的冻胀、融沉对工程稳定性的影响；
6、在节省工程投资方面，本实用新型的工程费用约为抛石路基的1/2-1/3，与青藏公路热棒试验段的工程措施的投入产出来看，复合温控路基的性能与造价要明显高于其它工程措施；
7、在应用范围方面，由于储冷作用机理，除了在高含冰量多年冻土区之外，在高温多年冻土，岛状多年冻土等环境温度较高地区本实用新型的技术方案均可应用。
附图说明
图1是本实用新型保温材料设置在通风管路基通风管之间的示意图
图2是本实用新型断面示意图
图3是本实用新型自动温控通风装置示意图
具体实施方式
下面，结合附图，将对本实用新型再作进一步详述
实施例1，一种保护冻土隔热降温装置，是由自动温控通风装置1(自制，已申请中国专利)、水泥通风管2、聚苯乙烯(EPS)板组成。通风管2垂直于路基走向并埋设在路堤填土的底部，通风管2之间的距离为2倍的管径，其端部安装自动温控通风装置，聚苯乙烯(EPS)板设置在通风路基通风管2的上部，用土石覆盖。
当外界气温低于0℃时，自动温控通风装置1的风门4自动张开，促使路堤和基础内部土体产生的放热，通过通风管2与外界冷空气进行对流交换；当外界气温高于0℃时，自动温控通风装置1的风门4自动闭开，阻止外界热量的传入。
通过自动温控通风路基与聚苯乙烯(EPS)板的有机结合，克服低温热量的放出，高温热量的传导，实现对冷能的采用、储藏，保证了多年冻土的稳定性，满足了青藏铁路对路基建设的技术要求。
实施例2，聚氨脂(PO)板铺设在通风管2之间，其隔热降温效果与实施例1相同。

Claims (2)

1、一种保护冻土隔热降温装置，是由自动温控通风装置(1)、通风管(2)、保温材料(3)组成，其特征在于通风管(2)垂直于路基走向并埋设在路堤填土一定深度的位置处，其端部安装自动温控通风装置(1)，保温材料(3)设置在通风路基通风管(2)之间/或整个通风管(2)的上部。
2、根据权利要求1所述的一种保护冻土隔热降温装置，其特征在于所述的保温材料(3)至少为聚苯乙烯(EPS)、聚氨酯(PU)、泡沫玻璃、注塑聚苯乙烯(XPS)中的一种。
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