本發(fā)明屬于多年凍土保護，特別涉及一種太陽能制冷裝置及多年凍土保護方法。

背景技術(shù)：

1、凍土是指0℃以下，并含有冰的各種巖石和土壤。從工程建設(shè)與運營角度，凍土是一種不良特殊土類型。多年凍土指持續(xù)2年或2年以上的凍結(jié)不融的土層。多年凍土是一種脆弱的地質(zhì)體，在全球氣候變暖背景下，天然多年凍土呈現(xiàn)出溫度升高、孔隙冰融化、厚度和分布范圍的縮小或消失的現(xiàn)象，即多年凍土退化。多年凍土退化會出現(xiàn)沉融、融凍泥流、沼澤濕地等不良地質(zhì)現(xiàn)象。我國青藏高原是世界上面積最大的低緯度、高海拔多年凍土區(qū)，目前分布著多條鐵路交通干線。大量的路基、隧道、橋梁樁基礎(chǔ)等交通基礎(chǔ)設(shè)施直接建設(shè)在多年凍土地層上，穩(wěn)定性、耐久性等服役狀態(tài)與多年凍土息息相關(guān)。交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與運營過程會加劇多年凍土的退化，多年凍土退化后地基承載力降低、融化沉降變形又引起路基、隧道、橋梁樁基礎(chǔ)的變形甚至破壞。統(tǒng)計表明，青藏公路80%以上病害由凍土融沉引起，運營至今多年凍土退化融沉引起路基沉降、橋梁樁基傾斜與梁端伸縮縫頂死等一系列問題，已成為全線運營維護的瓶頸。因此，如何有效保護多年凍土是關(guān)鍵。

2、多年凍土保護方法包括保溫層、熱屏障等被動保溫型結(jié)構(gòu)，以及通風管、塊石層、熱管等主動冷卻型結(jié)構(gòu)。目前青藏鐵路、青藏公路上的上述多年凍土保護措施僅能適應(yīng)氣候變暖1℃的情況，未來氣候變暖1.5℃情況下，則需要謀劃多年凍土補強措施。有必要盡快發(fā)展出更為有效的多年凍土保護方法。

3、目前，既有多年凍土保護措施的不足在于主要通過增大冬季冷儲量來抵消暖季熱侵蝕，而在暖季無法輸出穩(wěn)定的冷量，時效性差。而多年凍土制冷保護技術(shù)的困難在于：制冷是逆向傳熱過程，需要外部能量（電能）的驅(qū)動，青藏高原等多年凍土區(qū)交通沿線供電困難，受制于電力供應(yīng)不足。如果采用建筑與工業(yè)領(lǐng)域常規(guī)的集中制冷和分散輸配方式，投資大，能耗高，但目前還缺乏適用的制冷裝備和供能方案。因此，制冷技術(shù)面向交通基礎(chǔ)設(shè)施場景的裝備專業(yè)化和運行節(jié)能化是實現(xiàn)多年凍土制冷保護的關(guān)鍵。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決以上問題，本發(fā)明提供了一種太陽能制冷裝置及多年凍土保護方法。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

3、一種太陽能制冷裝置，所述制冷裝置包括太陽能驅(qū)動單元、吸收式制冷單元和冷量傳輸單元，所述吸收式制冷單元包括儲冷組件及依次相連且內(nèi)部充注冷媒的氣泡發(fā)生器、氣泡泵、氣液分離器、冷凝器、節(jié)流器、蒸發(fā)器、吸收器和儲液罐，所述儲液罐再通過主連通管與氣泡發(fā)生器相連形成閉合的循環(huán)回路，作為冷媒的主循環(huán)流道，所述儲冷組件用于儲蓄蒸發(fā)器產(chǎn)生的冷量；所述太陽能驅(qū)動單元的電熱組件設(shè)置于氣泡發(fā)生器的外壁上，用于為冷媒揮發(fā)提供熱源；所述冷量傳輸單元的冷凝段設(shè)置于儲冷組件中，所述冷量傳輸單元的制冷段能夠置于退化的多年凍土地層內(nèi)。

4、進一步的，所述冷媒的成分包括制冷劑、吸收劑和擴散劑，所述制冷劑與吸收劑的質(zhì)量比為1：1～1：3，所述擴散劑為惰性氣體；所述電熱組件的加熱溫度介于制冷劑和吸收劑的沸點溫度之間。

5、進一步的，所述冷媒的制冷劑為氨，吸收劑為蒸餾水，所述擴散劑為氦氣，氦氣的充注壓強為18bar。

6、進一步的，還包括輔連通管，所述輔連通管包括第一連通管、第二連通管及第三連通管，所述吸收器通過第一連通管與發(fā)生器次入口相連，防止吸收器內(nèi)部液位過高導(dǎo)致冷媒逆向流動；所述冷凝器通過第二連通管與吸收器次入口相連，使氣液分離器中未完全分離的液態(tài)吸收劑進入吸收器；所述蒸發(fā)器通過第三連通管與儲液罐次入口相連，使在蒸發(fā)器中未完全氣化的制冷劑流入儲液罐；所述輔連通管作為冷媒的輔助循環(huán)流道。

7、進一步的，所述太陽能驅(qū)動單元包括光伏組件、儲電組件、電熱組件和plc控制器，所述光伏組件、儲電組件、plc控制器和電熱組件通訊線路順次連接，所述光伏組件用于將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，所述儲電組件用于儲存光伏組件產(chǎn)生的電能，所述儲電組件與電熱組件相連，為電熱組件提供電源；所述plc控制器用于控制儲電組件的過充過放及電熱組件的啟停。

8、進一步的，所述吸收式制冷單元、儲電組件、電熱組件和plc控制器均設(shè)置于機柜內(nèi)，所述光伏組件設(shè)置于機柜的外部，所述機柜的柜門內(nèi)側(cè)設(shè)有遮板，所述plc控制器設(shè)置于遮板上；所述機柜的內(nèi)部自上至下間隔設(shè)置上層托板、中層托板和下層托板，所述氣液分離器和冷凝器設(shè)置于上層托板上，所述節(jié)流器、蒸發(fā)器和儲冷組件設(shè)置于中層托板上，所述氣泡發(fā)生器、氣泡泵、吸收器、儲液罐和儲電組件設(shè)置于下層托板上；所述上層托板上方的內(nèi)壁上設(shè)有排風扇，所述排風扇與plc控制器相連，用于排出冷凝器散發(fā)的熱量；所述排風扇與電熱組件并聯(lián)與儲電組件相連；所述上層托板、中層托板和下層托板上均設(shè)有通孔，用于貫穿輔連通管及儲液罐進出口的主連通管。

9、進一步的，所述plc控制器內(nèi)嵌2個閾值和2個命令，2個閾值為多年凍土地層溫度的上限閾值和下限閾值；2個命令分別為第1類命令和第2類命令，第1類命令：控制電熱組件和排風扇通電運行，第2類命令：控制電熱組件和排風扇斷電停機；2個命令的執(zhí)行依據(jù)如下：

10、當多年凍土地層埋設(shè)的溫度傳感器的監(jiān)測值高于上限閾值時，執(zhí)行第1類命令；當多年凍土地層埋設(shè)的溫度傳感器的監(jiān)測值低于下限閾值時，執(zhí)行第2類命令。

11、進一步的，所述冷量傳輸單元為分離式熱管，所述分離式熱管包括冷凝段、絕熱連接段和制冷段，所述絕熱連接段設(shè)置于冷凝段與制冷段之間，所述絕熱連接段為柔性管，所述冷凝段和制冷段均為剛性管，所述制冷段的尺寸與多年凍土地層的保護深度相匹配；所述分離式熱管的內(nèi)部充注傳熱工質(zhì)，所述傳熱工質(zhì)的沸點溫度低于多年凍土保護的目標溫度。

12、本發(fā)明還提供一種多年凍土保護方法，應(yīng)用上述太陽能制冷裝置，包括如下步驟：

13、步驟s01、選擇交通基礎(chǔ)設(shè)施多年凍土退化病害工點場景，開展現(xiàn)場溫度與變形監(jiān)測，確定多年凍土地層的退化深度范圍和退化程度；

14、步驟s02、結(jié)合多年凍土地層構(gòu)造特征、含水率和多年凍土穩(wěn)定類型，確定病害工點多年凍土保護的目標溫度；

15、步驟s03、基于熱儲量理論，計算沿交通線路單位長度的多年凍土地基的冷負荷的動態(tài)時序變化值，及所需峰值供冷量；

16、步驟s04、根據(jù)多年凍土保護時效性要求，確定多個制冷裝置的布置間距；

17、步驟s05、根據(jù)單位長度多年凍土地基所需峰值供冷量和制冷裝置的縱向間距，確定制冷裝置的制冷容量和冷量傳輸單元的啟動溫度；

18、步驟s06、根據(jù)制冷裝置的制冷容量，進行設(shè)計選型并制備；

19、步驟s07、制冷裝置的現(xiàn)場安裝；

20、步驟s08、制冷裝置的動態(tài)運行控制。

21、進一步的，在步驟s08中，根據(jù)步驟s02中確定的多年凍土保護的目標溫度，在plc控制器預(yù)先設(shè)置上限閾值和下限閾值，分別為多年凍土保護目標溫度值＋1℃和－2℃。根據(jù)溫度傳感器的監(jiān)測值，對制冷裝置進行動態(tài)控制。

22、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，所取得的技術(shù)進步在于：

23、（1）本發(fā)明將綠色制冷技術(shù)從建筑環(huán)境領(lǐng)域引入到交通基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域，制冷裝置采用機柜型式，設(shè)計創(chuàng)新，利用冷量傳輸單元進行冷量的二次傳輸，可以根據(jù)應(yīng)用場景將制冷裝置與冷量傳輸單元的冷凝段和制冷段分開布置，起到保護多年凍土的功能，場景適應(yīng)性強。

24、（2）本發(fā)明中的制冷裝置以太陽能為驅(qū)動源，主要應(yīng)用區(qū)域在青藏高原多年凍土區(qū)，青藏高原太陽能資源豐富，制冷裝置不需要外部供電，自驅(qū)運行，綠色節(jié)能。

25、（3）本發(fā)明中的制冷裝置智能化程度高，可以根據(jù)實際多年凍土退化程度，通過plc控制器動態(tài)調(diào)整裝置運行模式，節(jié)能性好。

26、（4）本發(fā)明中的制冷裝置沒有機械運動部件，使用壽命長；同時，制冷裝置裝設(shè)便捷，可無人值守自動運行，可靠性高。