[發明專利]一種基于遠紅外加熱的公路隧道煙囪通風系統

有效

• 申請號: 201610613650.2
• 申請日: 2016-07-29
• 公開（公告）號: CN106050292B
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發明（設計）人: 張建旭;王睿;周忠耀;徐可;耿林川;趙敏杰;陳紅軍;江雪英;徐湃
• 申請（專利權）人: 重慶交通大學
• 主分類號: E21F1/18
• 分類號: E21F1/18
• 代理公司: 北京國坤專利代理事務所(普通合伙)11491
• 代理人: 姜彥

技術領域

本發明屬于節能設備領域，尤其涉及一種基于遠紅外加熱的公路隧道煙囪通風系統。

背景技術

隨著中國經濟的不斷發展，公路隧道建設逐步趨于完善。然而，就目前公路隧道通風系統而言，采用射流風機縱向通風是最普遍的通風方式，但其運營成本極高且能耗巨大。

公路隧道是公路工程的重要組成部分，與公路建設同步發展。在山嶺地區，隧道可以克服地形與高程障礙，改善線形，縮短里程，提高車速，節約燃料，節省時間并保護生態環境。自改革開放以來，我國經濟持續發展，我國的公路隧道事業從建設規模和技術上都取得了長足的進步。根據交通運輸部的統計數據：截止2014年底全國公路隧道為12404處、1075.67萬米，增加1045處、115.11萬米。目前，我國已經成為世界上擁有公路隧道數量最多的國家。對于未來的公路隧道營運來說，低碳節能成為了首先要考慮的問題。然而，對于目前采用了通風系統的隧道來說，其復雜的通風系統不僅會使隧道工程造價較大，而且還使隧道營運費用大幅上升。所以，在這個倡導節能減排的時代，研究一種節能、經濟的隧道通風方式對于我國隧道發展有重大意義。

隧道內良好的空氣狀態是保證行車安全的重要條件，通風是為了把隧道內的有害氣體或污染物質的濃度降至允許濃度以下，這樣既可以保證汽車行駛的安全性和舒適性，又有利于隧道內的維修、養護人員的身體健康。

目前國內通常研究和使用的隧道通風方式有自然通風、縱向射流風機通風、縱向分段式射流風機通風、有豎井的縱向通風(豎向軸流風機通風+縱向射流風機通風)及半橫向式通風。而就“煙囪效應”利用而言，國內外研究一般將其運用在工業中。目前，澳大利亞通過太陽能加熱利用煙囪效應進行發電，效果極佳，在太陽塔的設計中，加熱溫度為70℃，空氣流速為15m/s，可24小時連續使用。由于國內關于“煙囪效應”與隧道的相關研究均未提出利用“煙囪效應”解決隧道通風的相關課題，亦或是僅有對以豎井加熱通風代替軸流風機的相關研究。

目前的隧道營運中的能耗存在巨大浪費的問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于遠紅外加熱的公路隧道煙囪通風系統，旨在解決目前國內公路隧道通風系統能耗巨大、運營成本極高、噪聲大、火災應對能力薄弱等問題，以達到減小隧道通風運營能耗、提高隧道服務水平、增強隧道安全性的目標。

一種基于遠紅外加熱的公路隧道煙囪通風系統，該基于遠紅外加熱的公路隧道煙囪通風系統設置有隧道，所述隧道設置有拱頂，所述基于遠紅外加熱的公路隧道煙囪通風系統還設置有置于隧道拱頂一側的煙囪、連接在煙囪中下部的連接管、安裝在連接管內的遠紅外加熱裝置、連接在煙囪底部的碎落臺。

所述煙囪利用煙囪效應完成隧道內的空氣循環凈化；

所述遠紅外加熱裝置用于加熱連接管內的氣體，用于煙囪和隧道內產生氣壓差，加快空氣循環速度；

所述碎落臺用于收集煙囪中碎落的土或雜物。

進一步，所述煙囪頂部安裝有防雨帽，碎落臺下部安裝有碎落臺開合門，連接管下部安裝有連接管開合門。

進一步，所述煙囪個數由隧道需風量確定，本發明算例中為3個。

進一步，所述煙囪半徑為1m。

進一步，所述遠紅外加熱裝置加熱溫度為70℃。

進一步，該基于遠紅外加熱的公路隧道煙囪通風系統的驗證方法包括：

首先，制作1:50隧道實物模型，并進行初步模擬測定加熱溫度、設計直徑和風速，以驗證采用fluent軟件進行模擬標定參數的可行性；

其次，通過fluent軟件模擬標定煙囪的相關參數，并通過計算用需風量擬定煙囪個數；

最后，通過fluent軟件進行實際狀況模擬對比設計需風量，判斷是否滿足通風系統需求。

進一步，在進行fluent軟件模擬前，需對空氣性質進行一定的假設，基本假定方法為：

將隧道內的氣體假定為不可壓縮體，由克拉伯龍方程可得，不可壓縮流體的密度、壓強和溫度符合理想氣體狀態方程計算公式，如公式(1)所示，

P＝ρRT(1)

式中：R——氣體常數，在標準狀態下，空氣氣體常數為287J/(kg*k)；

流體在流動的過程中，任一點的壓力和流速不隨時間而變化，即流體的流動為穩定流；

視流體為連續介質，服從連續性規律，氣流在流程各斷面上通過的流體質量不變，各斷面的流量也不變；

隧道內的氣體在隧道內作漸變流動時，其壓力與速度沿流程各斷面的變化服從能量守恒定律，即不可壓縮流體的伯努利方程。