ОХЛАЖДАЮЩИЙ МОДУЛЬ ДЛЯ ОТКОСА НАСЫПИ ИЗ МЕРЗЛОГО ГРУНТА
COOLING MODULE FOR SLOPE FROM FROZEN GROUND

Область техники, к которой относится настоящее изобретение
[0001] Настоящее изобретение относится к регулированию температуры для насыпи из мерзлого грунта, в частности к охлаждающему модулю для откоса насыпи из мерзлого грунта.
Предшествующий уровень техники настоящего изобретения
[0002] Мерзлый грунт - это вид землистой породы, характеризующейся температурой ниже 0  и содержащей лед. Механическая прочность мерзлого грунта резко изменяется при изменении температуры. Чем ниже температура, тем выше прочность мерзлого грунта. Когда температура ниже -1,5°С, мгновенная прочность на сжатие мерзлого грунта эквивалентна прочности обычных горных пород. Когда температура грунта находится в диапазоне от -0,5°С до 0°С, его прочность на сжатие эквивалентна прочности незамерзшего грунта или даже существенно снижается. Поэтому для обеспечения успешного строительства и долгосрочной стабильности основных инженерных сооружений в холодных регионах, китайские исследователи провели систематическую научную практику по различным инженерным мерам регулирования температурного поля насыпи. Регулирование температуры откоса насыпи является одним из важных способов.
[0003] В настоящее время, чтобы справиться с нагревательным эффектом солнечного излучения на откосе насыпи, удовлетворить основным требованиям к механической устойчивости и термической стабильности насыпи из мерзлого грунта, а также устранить угрозу потери устойчивости насыпи, вызванную «эффектом солнечного-теневого откоса», предлагается несколько мер по регулированию для насыпи из мерзлого грунта, таких как затеняющий щит, откос из щебня, откос из пустотелых блоков и т.д. «Эффект солнечного-теневого откоса» относится к эффекту, при котором тепло, поглощаемое солнечным откосом насыпи, больше, чем теневым откосом. Поэтому мерзлый грунт под солнечным откосом всегда находится в относительно быстром процессе ухудшения характеристик или таяния по сравнению с теневым откосом. Это приводит к разнице в скорости ухудшения характеристик мерзлого грунта, прочности насыпи и деформации насыпи между теневой стороной откоса и солнечной стороной откоса, что приводит к влиянию на устойчивость насыпи. В одном из патентов Китая заявителя (номер выдачи CN1707035) представлен бетонный пустотелый блок для защиты откоса насыпи из многолетнемерзлого грунта. Откос из пустотелых блоков предусматривает последовательное размещение сборных бетонных пустотелых блоков на откосе насыпи и укладку блоков друг на друга до определенной толщины. Откос из пустотелых блоков обладает преимуществами как затеняющего щита, так и откоса из щебня, обеспечивая лучший эффект в эффективности охлаждения и устойчивости насыпи.
[0004] Однако указанные меры по укреплению насыпи пустотелыми блоками характеризуются следующими недостатками. (1) Поскольку на строительной площадке блоки необходимо укладывать вручную один за другим, сначала блоки укладываются в ряды, затем в колонны и, наконец, укладываются слоями. Таким образом, операции являются громоздкими, а эффективность - низкой. (2) Поскольку блоки укладываются и складываются друг на другу вручную, трудно обеспечить аккуратность и выравнивание пустотелых блоков. Иногда происходит смещение средних пустотелых блоков, в результате чего центральные туннели воздушного потока пустотелых блоков сужаются или даже блокируются, что влияет на эффективность вентиляции и конвективной теплопередачи. (3) Положение вентиляционного отверстия в откосе из пустотелых блоков на уступе насыпи выбирается произвольно, только по опыту во время строительства, поэтому положение вентиляционного отверстия может быть неточным, что приводит к небольшому потоку воздуха и медленному течению внутри слоя пустотелых блоков. Кроме того, воздушный поток обычно течет только в направлении от подошвы откоса к обочине дороги, что приводит к слабому эффекту конвективной теплопередачи. (4) В процессе конвективной теплопередачи воздух постоянно нагревается. Из-за относительно низкой скорости воздушного потока в слое пустотелых блоков разница температур в регулирующем слое относительно велика, что не способствует общему регулированию температуры насыпи.
[0005] Для устранения недостатков откоса из пустотелых блоков в другом патенте Китая заявителя (номер выдачи CN 109706813) дополнительно предлагается полый регулирующий слой канального типа для охлаждения откоса насыпи из мерзлого грунта. Полевые испытания полого регулирующего слоя канального типа показали, что под действием сильного солнечного излучения, например, на Цинхай-Тибетском нагорье, несмотря на конвективную теплопередачу и охлаждающий эффект в верхнем слое каналов, верхний слой каналов остается при относительно высокой температуре под действием солнечного излучения и постоянно нагревает внутренние каналы вторичным излучением. Данные наблюдений показали, что под действием солнечного излучения в полдень, когда температура верхней поверхности достигает 34,7°С, температура внутри может достигать 25,5°С. Поэтому солнцезащитное, в частности, блокирующее тепло свойство верхнего особенно важно для снижения нагревательного эффекта вторичного излучения. Между тем, хотя эта мера оказывает выраженный эффект конвективной теплопередачи благодаря «эффекту дымовой трубы», канал всегда трудно охладить при условии, что температура окружающего воздуха составляет приблизительно 12°С. Причина такого явления заключается в том, что чем ближе поток воздуха к поверхности объекта, тем ниже скорость потока, причем скорость воздуха у поверхности по существу равна 0 м/с. Поскольку воздух характеризуется низким коэффициентом теплопроводности, который составляет всего 0,023 Вт/м⋅К, слой неподвижного воздуха по существу выполняет функцию теплоизоляции. Таким образом, рассеивание тепла через стенку канала сопряжено с трудностями.
[0006] Хотя влияние эффекта проводимости верхнего слоя может быть предотвращено путем размещения слоя изоляционного материала на верхнем слое, полевые испытания показывают, что в условиях сильного излучения на Цинхай-Тибетском нагорье влияние эффекта проводимости может быть устранено только в том случае, если толщина изоляционного материала достигает 10 см или более. По мере увеличения толщины изоляционного материала механическая прочность постоянно снижается. Таким образом, механическая устойчивость вряд ли может быть удовлетворена в реальных условиях, например, в условиях сильного ветра на Цинхай-Тибетском нагорье. В тестовом проекте затеняющего щита на Цинхай-Тибетской железной дороге используется цветная стальная пластина, обычно используемая в архитектуре, которая легко повреждается сильным ветром в условиях сильного ветра зимой. То есть механическая устойчивость цветного стального листа не может удовлетворить реальные потребности инженерного сооружения.
[0007] Исходя из результатов исследований, полученных с помощью существующих инженерных мер и существующих проблем, меры регулирования откоса насыпи из мерзлого грунта все еще характеризуются несколькими проблемами. При возникновении срочной необходимости строительства скоростной магистрали Цинхай-Тибет в районах вечной мерзлоты Цинхай-Тибетского нагорья и последующего обслуживания Цинхай-Тибетской железной дороги, необходимо предложить новую охлаждающую конструкцию для откоса насыпи из мерзлого грунта.
Краткое раскрытие настоящего изобретения
[0008] Задачей настоящего изобретения является предоставление охлаждающего модуля для откоса насыпи из мерзлого грунта, который может решить по меньшей мере одну из вышеупомянутых проблем в существующих инженерных мерах.
[0009] Для решения вышеуказанной задачи в настоящем изобретении предлагается охлаждающий модуль для откоса насыпи из мерзлого грунта. Охлаждающий модуль выполнен с возможностью укладки на откосе насыпи. Охлаждающий модуль содержит по меньшей мере одну разделительную пластину, установленную на откосе насыпи своими двумя боковыми краями; отражающий слой, расположенный на верхней стороне разделительной пластины; по меньшей мере одну теплоизолированную солнцезащитную желобчатую пластину, расположенную на внешней стороне разделительной пластины и содержащую два боковых края, примыкающих к двум боковым краям соответствующей разделительной пластины соответственно; туннель для конвективной теплопередачи с двумя открытыми концами и закрытой периферией, образованный между теплоизолированной солнцезащитной желобчатой пластиной и соответствующей разделительной пластиной; слой изоляционного материала, размещенный внутри теплоизолированной солнцезащитной желобчатой пластины; и одно или несколько охлаждающих ребер, расположенных на стороне теплоизолированной солнцезащитной желобчатой пластины, обращенной к разделительной пластине. Разделительная пластина, откос насыпи и пространство между ними образуют область аккумулирования холода. Теплоизолированная солнцезащитная желобчатая пластина, разделительная пластина и верхний туннель для конвективной теплопередачи образуют область блокирования тепла.
[0010] Охлаждающий модуль охлаждает мерзлый грунт под откосом насыпи и аккумулирует энергию путем регулирования излучения и конвекции, повышая эффективность охлаждения и устраняя значительную угрозу потери устойчивости насыпи, вызванную «эффектом солнечного-теневого откоса».
[0011] Согласно одному варианту осуществления охлаждающий модуль дополнительно содержит множество канавок для направления воды, которые расположены на теплоизолированной солнцезащитной желобчатой пластине с интервалами и сообщаются друг с другом.
[0012] Согласно одному варианту осуществления охлаждающий модуль дополнительно содержит резервуары для сбора воды, расположенные между откосом насыпи и обоими боковыми краями теплоизолированной солнцезащитной желобчатой пластины. При этом резервуары для сбора воды сообщаются с канавками для направления воды.
[0013] Согласно одному варианту осуществления дно резервуара для сбора воды характеризуется зубчатой формой.
[0014] Согласно одному варианту осуществления охлаждающий модуль дополнительно содержит нескользящий анкерный стержень. Боковые края разделительной пластины и теплоизолированной солнцезащитной желобчатой пластины прикреплены к соответствующему резервуару для сбора воды. Нескользящий анкерный стержень содержит один конец, прикрепленный к откосу насыпи, и другой конец, прикрепленный к резервуару для сбора воды, для прикрепления охлаждающего модуля к откосу насыпи.
[0015] Согласно одному варианту осуществления теплоизолированная солнцезащитная желобчатая пластина характеризуется наличием полого трапецеидального поперечного сечения с открытым дном и верхней поверхности, характеризующейся дугообразной структурой с относительно высоким центром и двумя относительно низкими сторонами.
[0016] Согласно одному варианту осуществления множество охлаждающих модулей выполнены с возможностью укладки вдоль первого направления откоса насыпи и соединения друг с другом посредством блока для соединения внахлест.
[0017] Согласно одному варианту осуществления блок для соединения внахлест характеризуется Т-образной структурой. Теплоизолированная солнцезащитная желобчатая пластина дополнительно снабжена первым пазом по меньшей мере на одной стороне верхней поверхности пластины. Блок для соединения внахлест снабжен вторым пазом в нижней поверхности по меньшей мере одной полки Т-образной структуры для зацепления с первым пазом.
[0018] Согласно одному варианту осуществления множество охлаждающих модулей выполнены с возможностью укладки вдоль второго направления откоса насыпи и соединения друг с другом посредством шпунтового соединения.
[0019] Согласно одному варианту осуществления на одном или обоих концах разделительной пластины предусмотрена дверца для проветривания с автоматическим регулированием температуры.
[0020] Согласно одному варианту осуществления охлаждающий модуль выполнен и расположен таким образом, что два его конца находятся соответственно вблизи верхней части и нижней части откоса насыпи. Охлаждающий модуль дополнительно содержит первое вентиляционное отверстие, расположенное на одном конце охлаждающего модуля, который находится вблизи верхней части откоса насыпи, и второе вентиляционное отверстие, расположенное на другом конце охлаждающего модуля, который находится вблизи нижней части откоса насыпи. Первое вентиляционное отверстие сообщается со вторым вентиляционным отверстием, образуя двунаправленный туннель для передачи воздуха от верхней части к нижней части и/или от нижней части к верхней части откоса насыпи.
[0021] По сравнению с предшествующими мерами регулирования откоса насыпи настоящее изобретение характеризуется следующими отличиями и/или преимуществами.
[0022] 1. Отличие в структуре структурного слоя
[0023] Охлаждающий модуль согласно настоящему изобретению характеризуется структурой соединения нескольких компонентов, выполняющих различные функции.
[0024] Хотя в предшествующих мерах регулирования предусмотрены структуры соединения, они в основном представляют собой повторение одного составного элемента или многослойную структуру, образованную путем повторного соединения. Например, в патенте Китая №CN1707035 представлен откос из бетонных пустотелых блоков, который представляет собой короткий пустотелый участок канала с такой же или подобной структурой. Туннель для воздушной конвекции образуется путем непрерывного соединения секций канала вдоль осевого направления. Регулирующий слой конвективной теплопередачи на всем откосе образуется путем параллельного размещения и укладки множества туннелей. Однако существуют проблемы, связанные с низкой способностью конвективной теплопередачи, низкой эффективностью охлаждения и т.д., вызванные неудовлетворительным свойством уплотнения между секциями канала. В качестве другого примера, в патенте Китая №CN109706813 представлен полый регулирующий слой типа канала для охлаждения откоса насыпи из мерзлого грунта, который также образован путем параллельного размещения и многослойной укладки множества одиночных конструкций типа канала. Однако существуют проблемы, связанные со сложностью строительства на месте из-за слишком большого размера одного элемента, значительного влияния теплопередачи излучения на верхний и нижний слои, причем общая эффективность регулирования нуждается в улучшении.
[0025] Настоящее изобретение позволяет создать целую регулирующую
конструкцию путем комбинирования элементов различной формы и/или из различных материалов в соответствии с различными требованиями к эффекту в различных положениях всей регулирующей конструкции. Таким образом, образуется слой регулирующей структуры, обладающий значительным общим охлаждающим эффектом, который характеризуется комбинацией различных функций, таких как превосходная теплоизоляция и эффективность блокирования тепла в верхнем слое и значительная функция аккумулирования холода в нижнем слое и т.д.
[0026] Согласно настоящему изобретению открытый откос в области аккумулирования холода нижнего слоя является одним из компонентов, обеспечивающих процесс теплопередачи в нижнем слое. В относительно низкотемпературной среде откос непосредственно участвует в процессе конвективной теплопередачи для вентиляции и охлаждения. Однако конвективная теплопередача в предшествующих мерах в основном происходит внутри бетонного туннеля, а затем охлаждает откос за счет теплопроводности между бетонной стенкой канала и откосом насыпи, тем самым снижая конечную эффективность теплопередачи и эффект охлаждения.
[0027] Процесс образования уплотняющего свойства туннеля для конвективной теплопередачи согласно настоящему изобретению отличается от процесса в предшествующем уровне техники. Между тем, один ключевой момент настоящего изобретения воплощен в свойстве закрытия конвекционного туннеля. Закрытие обычно достигается путем объединения модулей в целое изделие посредством шпунтового соединения или блоков для соединения внахлест.
[0028] Экологические условия в районах вечной мерзлоты характеризуются продолжительным циклом замораживания и оттаивания, что вызывает многократные деформации (в том числе морозное пучение и разрушение при оттепели) откоса. Вследствие этого конструкции, расположенные на его поверхности, многократно поднимаются и опускаются, а значит, стремятся сползти вниз, причем их устойчивость значительно снижается. Зубчатая нижняя пластина согласно настоящему изобретению может эффективно предотвратить такое явление. Кроме того, нескользящий анкерный стержень согласно настоящему изобретению может дополнительно повысить устойчивость.
[0029] 2. Отличие в рабочем процессе
[0030] Процесс передачи атмосферных осадков согласно настоящему изобретению отличается от уровня техники. Настоящее изобретение эффективно решает проблему передачи атмосферных осадков на поверхности регулирующего слоя последовательно через разработанные туннели и к месту накопления воды. Согласно настоящему изобретению туннели для осадков на поверхности ведут в резервуар для сбора воды через разработанную конструкцию для направления воды на внешней поверхности верхнего слоя и туннель для направления воды, так что атмосферные осадки на поверхности регулирующего слоя непосредственно поступают в назначенное место. Предыдущие меры не имеют таких конструкций и/или эффектов.
[0031] Степень участия испарения воды с откоса в рабочем процессе согласно настоящему изобретению отличается от таковой в предшествующем уровне техники. Во время процесса конвективной теплопередачи нижнего слоя конструкция открытого откоса в нижней части регулирующего слоя позволяет воде внутри насыпи непосредственно испаряться и охлаждаться, способствуя уменьшению количества воды внутри насыпи и снижению эффекта замораживания и оттаивания. Более того, непосредственное участие откоса в процессе конвективной теплопередачи также непосредственно ускоряет охлаждение насыпи.
[0032] Широкая конструкция резервуара для сбора воды в нижней части регулирующего слоя позволяет хранить больше воды, что еще больше облегчает эффект поглощения тепла и охлаждения при испарении воды.
[0033] 3. Значительная эффективность охлаждения
[0034] Структура согласно настоящему изобретению обладает функциями блокирования солнечного излучения, охлаждения за счет конвективной теплопередачи, теплоизоляции и накопления энергии, и обладает превосходной эффективностью охлаждения. По сравнению с предшествующим уровнем техники преимущества настоящего изобретения в основном заключаются в следующих аспектах.
[0035] Во-первых, настоящее изобретение характеризуется сочетанием различных функций, т.е. превосходной функцией теплоизоляции и блокирования тепла верхнего слоя и значительной функцией аккумулирования холода нижнего слоя. Превосходная функция теплоизоляции и теплового сопротивления верхнего слоя достигается главным образом за счет расположения теплоизоляционного материала в композитной плите из цементного раствора теплоизолированной солнцезащитной желобчатой пластины, что может значительно уменьшить поступление тепла солнечного излучения в область блокирования тепла. Дополнительно или альтернативно охлаждающие ребра внутри теплоизолированной солнцезащитной желобчатой пластины увеличивают теплоотдачу и процесс охлаждения в области блокирования тепла. Такая конфигурация настоящего изобретения может значительно снизить степень повышения температуры верхней пластины под действием солнечного излучения, а также эффективно уменьшить тепловое воздействие вторичного излучения на область аккумулирования холода. Дополнительно или альтернативно конструкция из алюминиевой фольги в отражающем слое может эффективно отражать тепловое воздействие вторичного излучения на область блокирования тепла. Кроме того, область блокирования тепла всегда находится в открытом состоянии, что дополнительно обеспечивает процесс конвективной теплопередачи внутри области блокирования тепла, а также реализацию и усиление «эффекта дымовой трубы». Процесс рассеивания тепла внутри области блокирования тепла усиливается благодаря интенсивному потоку воздуха. Значительная функция аккумулирования холода в области аккумулирования холода достигается не только благодаря надлежащей основе защиты от блокирования тепла области блокирования тепла, но также, что более важно, благодаря сочетанию нескольких эффектов области аккумулирования холода. Во-первых, это достигается благодаря конструкции дверцы для проветривания с автоматическим регулированием температуры и процессу конвективной теплопередачи в контролируемых условиях. В частности, дверца для проветривания открывается ночью, чтобы обеспечить процесс конвективной теплопередачи в относительно низкотемпературной среде, и закрывается днем, чтобы эффективно сохранять собранную энергию холода. Во-вторых, конструкция резервуара для сбора воды выгодна не только тем, что при испарении воды может расходоваться тепло для дальнейшего усиления охлаждающего эффекта, но и тем, что вода обладает относительно большой удельной теплоемкостью (удельная теплоемкость жидкой воды составляет 4,2 кДж/(кг⋅°С), что в несколько раз больше, чем у грунта) и может аккумулировать больше энергии холода. В-третьих, он пользуется преимуществами открытой основной части насыпи из грунта, которая является частью рабочей системы взаимодействия и участвует в процессе аккумулирования холода, тем самым увеличивая объем аккумулирования холода.
[0036] Во-вторых, превосходная эффективность охлаждения согласно настоящему изобретению достигается за счет конструкции конкретных структур, как указано выше, и общего отражения комбинации «превосходных функций теплоизоляции и блокирования тепла в области блокирования тепла верхнего слоя и значительной функции аккумулирования холода в области аккумулирования холода нижнего слоя». Это также достигается комплексными функциями испарения и потребления тепла резервуара для сбора воды с большой площадью в нижней части, непосредственным участием открытой поверхности откоса насыпи в процессе конвективной теплопередачи в условиях низкой температуры, сбросом воды внутри насыпи, уменьшением эффекта замерзания-оттаивания и т.д.
[0037] 4. Разница в процессе строительства и обеспечении качества проекта
[0038] Согласно настоящему изобретению компоненты изготавливаются на заводе и соединяются на месте, обеспечивая качество проекта. Изготовленные на заводе компоненты обладают гарантированным качеством и могут быть соединены в полевых условиях посредством механизированного строительства, тем самым повышая эффективность строительства и снижая проблемы качества проекта, которые могут быть вызваны ручными операциями в ходе строительства. Кроме того, детали, изготовленные на заводе, как правило, обладают листовой структурой, что облегчает транспортировку и снижает транспортные расходы.
Краткое описание фигур
[0039] На фиг. 1 представлено схематическое изображение охлаждающего модуля для охлаждения откоса насыпи из мерзлого грунта согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
[0040] На фиг. 2 представлен схематический вид в сечении охлаждающего модуля для охлаждения откоса насыпи из мерзлого грунта согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
[0041] На фиг. 3 представлен схематический вид в сечении теплоизолированной солнцезащитной желобчатой пластины согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
[0042] На фиг. 4 представлен схематический вид в сечении разделительной пластины согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
[0043] На фиг. 5 представлен схематический вид в сечении блока для соединения внахлест согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
[0044] На фиг. 6 представлен схематический вид в сечении опорного блока согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
[0045] На фиг. 7 представлен схематический вид в сечении резервуара для сбора воды согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
[0046] На фиг. 8 представлен схематический вид в продольном сечении резервуара для сбора воды согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
[0047] На фиг. 9 представлен схематический вид конструкции нескользящего анкерного стержня согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
[0048] На фиг. 10 представлена схема шпунтового соединения согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
Подробные варианты осуществления настоящего изобретения
[0049] Подробное содержание и технические пояснения настоящего изобретения описаны далее со ссылкой на предпочтительные варианты осуществления, но их не следует рассматривать как ограничения для осуществления настоящего изобретения.
[0050] На фиг. 1 представлено схематическое изображение охлаждающего модуля для охлаждения откоса насыпи из мерзлого грунта согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. Охлаждающий модуль для откоса насыпи из мерзлого грунта согласно настоящему изобретению расположен и выполнен с возможностью снижения температуры откоса 2 насыпи, тем самым обеспечивая устойчивость насыпи 1 из мерзлого грунта и продлевая срок службы автомобильной или железной дороги. Охлаждающие модули согласно настоящему изобретению не имеют конкретных ограничений для насыпи 1, и могут применяться и удовлетворять требованиям как насыпи общей высоты, так и насыпи с высоким заполнением. Для обеспечения плотного соединения каждого охлаждающего модуля предпочтительно, чтобы откос 2 насыпи не имел больших колебаний. Пользователи могут выровнять откос 2 насыпи в соответствии с фактической ситуацией на откосе 2 насыпи перед установкой охлаждающих модулей, тем самым удовлетворяя требования на месте.
[0051] Снова обратимся к фиг. 1; охлаждающий модуль для откоса насыпи из мерзлого грунта согласно настоящему изобретению характеризуется гибридной конструкцией регулирования высоты. Охлаждающий модуль 1 содержит по меньшей мере одну теплоизолированную солнцезащитную желобчатую пластину 3 и по меньшей мере одну разделительную пластину 4. Разделительная пластина 4 установлена на откосе 2 насыпи своими двумя боковыми краями. Теплоизолированная солнцезащитная желобчатая пластина 3 расположена на внешней стороне разделительной пластины 4, причем ее два боковых края примыкают к двум боковым краям разделительной пластины 4 соответственно. Между теплоизолированной солнцезащитной желобчатой пластиной 3 и соответствующей разделительной пластиной 4 образован туннель для конвективной теплопередачи, который открыт с обоих концов и закрыт по периферии. Разделительная пластина 4, откос 2 насыпи и пространство между ними образуют область аккумулирования холода. Теплоизолированная солнцезащитная желобчатая пластина 3, разделительная пластина 4 и верхний туннель для конвективной теплопередачи образуют область блокирования тепла.
[0052] Обратимся к фиг. 1 и фиг. 3; на фиг. 3 представлен схематический вид в сечении теплоизолированной солнцезащитной желобчатой пластины согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. Согласно этому варианту осуществления настоящего изобретения теплоизолированная солнцезащитная желобчатая пластина 3 характеризуется полым трапецеидальным поперечным сечением с открытым дном. Трапецеидальное сечение теплоизолированной солнцезащитной желобчатой пластины 3 может повысить общую устойчивость охлаждающего модуля и облегчить его транспортировку. Конечно, согласно другим вариантам осуществления настоящего изобретения поперечное сечение теплоизолированной солнцезащитной желобчатой пластины 3 может быть выполнено в виде других форм, включая, без ограничения, полукруг, дугу, квадрат, прямоугольник и т.п. Эти формы не влияют на функции охлаждающего модуля согласно настоящему изобретению. Предпочтительно область блокирования тепла между теплоизолированной солнцезащитной желобчатой пластиной 3 и разделительной пластиной 4 характеризуется высотой от приблизительно 5 см до приблизительно 30 см.
[0053] Предпочтительно, охлаждающий модуль характеризуется длиной от приблизительно 100 см до приблизительно 300 см, шириной верхней части трапеции от приблизительно 30 см до приблизительно 60 см и шириной нижней открытой части трапеции от приблизительно 110 см до приблизительно 360 см. Область аккумулирования холода характеризуется высотой от приблизительно 5 см до приблизительно 15 см.
[0054] Теплоизолированная солнцезащитная желобчатая пластина 3 предпочтительно выполнена из материала на основе цементного раствора. Теплоизоляционный слой 12 предусмотрен внутри верхней части солнцезащитной теплоизоляционной плиты 3. Одно или несколько охлаждающих ребер 6 расположены на одной стороне плиты 3, которая обращена к разделительной пластине 4. Предпочтительно толщина верхней части теплоизолированной солнцезащитной желобчатой пластины 3 составляет от приблизительно 5 см до приблизительно 10 см, а толщина теплоизоляционного слоя 12 составляет от приблизительно 2 см до приблизительно 6 см. Цементный раствор в верхней части теплоизоляционного слоя 12 характеризуется толщиной от приблизительно 1,5 см до приблизительно 3 см, а цементный раствор в нижней части теплоизоляционного слоя 12 характеризуется толщиной от приблизительно 0,5 см до приблизительно 2 см. Охлаждающее ребро 6 характеризуется высотой от приблизительно 5 см до приблизительно 8 см. Вся теплоизолированная солнцезащитная желобчатая пластина 3 обладает надлежащим эффектом блокировки тепла и рассеивания тепла. Теплоизолированная солнцезащитная желобчатая пластина 3 непосредственно контактирует с внешней средой, чтобы обеспечивать защиту от солнечного излучения и излучения окружающей среды. Внутренний теплоизоляционный слой 12 может эффективно блокировать передачу излучения и тепла, поглощаемых теплоизолированной солнцезащитной желобчатой пластиной 3, внутрь охлаждающего модуля, тем самым предотвращая повышение температуры внутри охлаждающего модуля. Кроме того, конструкция теплоизоляционного слоя 12, расположенного внутри теплоизолированной солнцезащитной желобчатой пластины 3, защищает теплоизоляционный слой 12 от повреждения в неблагоприятных условиях окружающей среды. Охлаждающее ребро 6 может эффективно увеличить способность теплоотдачи области блокирования тепла и обеспечить быстрое высвобождение теплового потока в области блокирования тепла в процессе конвективной теплопередачи, что дополнительно снижает температуру внутри охлаждающего модуля и уменьшает тепловое взаимодействие вторичного излучения с областью аккумулирования холода.
[0055] Снова обратимся к фиг. 3; теплоизолированная солнцезащитная желобчатая пластина 3 снабжена канавкой 14 для направления воды, предпочтительно множеством канавок 14 для направления воды, расположенных на верхней поверхности и обоих боковых краях теплоизолированной солнцезащитной желобчатой пластины 3 и на расстоянии друг от друга. Каждая канавка 14 для направления воды сообщается с другими. Предпочтительно расстояние между канавками 14 для направления воды составляет от приблизительно 5 см до приблизительно 10 см. Верхняя поверхность разнесенных друг от друга 3 характеризуется дугообразной структурой с относительно более высоким центром и двумя относительно более низкими боковыми сторонами. Когда идет дождь, дождь может стекать по канавкам 14 для направления воды на верхней поверхности теплоизолированной солнцезащитной желобчатой пластины 3 и канавкам 14 для направления воды на боковых краях теплоизолированной солнцезащитной плиты 3 в боковые края теплоизолированной солнцезащитной желобчатой пластины 3.
[0056] Обратимся к фиг. 1 и 4; на фиг. 4 представлен схематический вид в сечении разделительной пластины согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. Согласно этому варианту осуществления настоящего изобретения разделительная пластина 4 характеризуется полым трапецеидальным поперечным сечением с открытым дном. Трапецеидальное сечение разделительной пластины 4 может повысить общую устойчивость охлаждающего модуля и облегчить его транспортировку. Конечно, согласно другим вариантам осуществления настоящего изобретения поперечное сечение разделительной пластины 4 может быть выполнено в виде других форм, включая, без ограничения, полукруг, дугу, квадрат, прямоугольник и т.п. Эти формы не влияют на функции охлаждающего модуля согласно настоящему изобретению. Разделительная пластина 4 и открытый откос 2 насыпи образуют между собой область аккумулирования холода. Разделительная пластина 4 делит охлаждающий модуль согласно настоящему изобретению на различные слои, чтобы сформировать эффективные структуры блокирования тепла и аккумулирования холода.
[0057] Разделительная пластина 4 может быть образована опорной пластиной 16 и снабжена отражающим слоем 15 на стороне, удаленной от откоса 2 насыпи. Нет особых ограничений в отношении материала опорной плиты 16, который может быть выбран из тонкостенного материала на основе цементного раствора или легкого полимерного материала, или подобного материала. Отражающий слой 15 может отражать тепло вторичного излучения от теплоизолированной солнцезащитной желобчатой пластины 3, предотвращая попадание тепла вторичного излучения в область аккумулирования холода, чтобы уменьшить поступление тепла в насыпь 1. Материал отражающего слоя 15 может быть выбран из группы, состоящей из металла, стекла и т.д., и предпочтительно представляет собой выделенную и высокоизлучающую алюминиевую фольгу.
[0058] Обратимся к фиг. 1, 7 и 8; на фиг. 7 представлен схематический вид в сечении резервуара для сбора воды согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, а на фиг. 8 представлен схематический вид в продольном сечении резервуара для сбора воды согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. Резервуары 10 для сбора воды предусмотрены между откосом 2 насыпи и боковыми краями теплоизолированной солнцезащитной желобчатой пластины 3. Боковые края теплоизолированной солнцезащитной желобчатой пластины 3 могут быть размещены в резервуарах 10 для сбора воды. Резервуар 10 для сбора воды содержит нижнюю пластину 19. Как показано на фиг. 7, поперечное сечение нижней пластины 19 характеризуется формой канавки. Когда идет дождь, дождь стекает по канавкам 14 для направления воды к боковым краям теплоизолированной солнцезащитной желобчатой пластины 3 и собирается в резервуарах 10 для сбора воды после выхода из боковых краев теплоизолированной солнцезащитной желобчатой пластины 3. Как показано на фиг. 8, нижняя плита 19 характеризуется продольным сечением зубчатой формы, которое встраивается в откос 2 насыпи и образует большое сопротивление, тем самым обеспечивая общую устойчивость охлаждающего модуля. Предпочтительно нижняя пластина 19 изготовлена из цементного раствора, а зубчатая форма нижней плиты 19 характеризуется высотой от приблизительно 2 см до приблизительно 6 см.
[0059] Когда дождь слабый, дождевая вода будет скапливаться в нижней пластине 19 зубчатой формы и не будет вытекать из области аккумулирования холода вдоль откоса. Когда дождь сильный, дождевая вода может вытекать из охлаждающего модуля через резервуар 10 для сбора воды вдоль откоса. Таким образом, дождевая вода не будет стекать в насыпь 1, чтобы дождь не повредил насыпь 1. Такая конфигурация согласно настоящему изобретению эффективно решает проблему предшествующего уровня техники, заключающуюся в том, что вода на гравийном дорожном покрытии железной дороги в основном проникает вниз через внутреннюю часть насыпи 1 и практически не собирается в слой накопления воды через дорожное покрытие. Зубчатые конструкции нижней пластины 19 расположены с интервалами, чтобы дождь равномерно распределялся внутри резервуара 10 для сбора воды для облегчения испарения воды. Дождь в резервуаре 10 для сбора воды испаряется и поглощает тепло при движении воздуха в слое аккумулирования холода, в результате чего тепло насыпи 1 дополнительно рассеивается. Кроме того, поскольку вода обладает большой удельной теплоемкостью, при быстром повышении внешней температуры температура области аккумулирования холода в охлаждающем модуле повышается медленно. Таким образом, повышается устойчивость охлаждающего модуля к повышению внешней температуры, и таким образом достигается цель накопления «энергии холода».
[0060] Обратимся к фиг. 2 и 6; на фиг. 2 представлен схематический вид в сечении охлаждающего модуля для охлаждения откоса насыпи из мерзлого грунта согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, а на фиг. 6 представлен схематический вид в сечении опорного блока согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. Резервуар 10 для сбора воды дополнительно снабжен опорным блоком 9 и предпочтительно множеством опорных блоков 9, расположенных на расстоянии друг от друга вдоль резервуара 10 для сбора воды. Нижняя часть опорного блока 9 плотно прилегает к дну резервуара 10 для сбора воды, а верхняя часть опорного блока 9 снабжена канавкой. Предпочтительно опорный блок 9 характеризуется высотой от приблизительно 6 см до приблизительно 12 см, шириной от приблизительно 5 см до приблизительно 10 см и длиной от приблизительно 8 см до приблизительно 20 см. Глубина канавки составляет от приблизительно 1 см до приблизительно 2 см.
[0061] Снова обратимся к фиг. 9; на фиг. 9 представлен схематический вид конструкции нескользящего анкерного стержня согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. Один или несколько нескользящих анкерных стержней 11 расположены на откосе 2 насыпи. В этом варианте осуществления настоящего изобретения нескользящий анкерный стержень 11 содержит металлический стержень 20, втулку 21 из остеклованной стали и шип 22. Предпочтительно противоскользящий анкерный стержень 11 характеризуется диаметром от приблизительно 1 см до приблизительно 3 см и длиной от приблизительно 50 см до приблизительно 100 см.
[0062] Кроме того, опорный блок 9 снабжен предварительно сформированным отверстием 17. Резервуар 10 для сбора воды также снабжен предварительно сформированным отверстием 18. Предварительно сформированное отверстие 17 и предварительно сформированное отверстие 18 предназначены для крепления нескользящего анкерного стержня 11. Диаметры предварительно сформированного отверстия 17 и предварительно сформированного отверстия 18 могут быть определены в зависимости от нескользящего анкерного стержня 11 при практическом использовании. Как показано на фиг. 6, предварительно сформированное отверстие 17 содержит два участка отверстия с разными диаметрами. Участок отверстия на стороне опорного блока 9, удаленной от откоса 2 насыпи, характеризуется относительно большим диаметром и высотой предпочтительно от приблизительно 3 см до приблизительно 5 см. Участок отверстия на другой стороне опорного блока 9, обращенной к откосу 2 насыпи, характеризуется относительно небольшим диаметром.
[0063] При реальном применении для адаптации к различным значениям длины и ширины откоса 2 насыпи, как правило, множество охлаждающих модулей соединяется/объединяется друг с другом. Каждый из соединенных охлаждающих модулей содержит два конца и выполнен и расположен таким образом, что два его конца находятся рядом с верхней частью и нижней частью откоса 2 насыпи соответственно. Охлаждающий модуль содержит первое вентиляционное отверстие, расположенное на одном конце охлаждающего модуля, который находится вблизи верхней части откоса, и второе вентиляционное отверстие, расположенное на другом конце охлаждающего модуля, который находится вблизи нижней части откоса. Первое вентиляционное отверстие сообщается со вторым вентиляционным отверстием, образуя двунаправленный туннель для передачи воздуха от верхней части к нижней части и/или от нижней части к верхней части откоса 2 насыпи, чтобы ускорить конвективный теплообмен воздуха внутри охлаждающего модуля и тем самым охладить откос 2 насыпи.
[0064] Для обеспечения герметичности и устойчивости между охлаждающими модулями множество охлаждающих модулей могут быть соединены в первом направлении Р1 и втором направлении Р2 в различных блоках 5 для соединения внахлест. Как показано на фиг. 1, первое направление Р1 представляет собой поперечное направление вдоль откоса 2 насыпи, вдоль которого множество охлаждающих модулей расположены параллельно друг другу, а второе направление Р2 представляет собой направление наклона вдоль откоса 2 насыпи.
[0065] Обратимся к фиг. 1, 3 и 5; на фиг. 5 представлен схематический вид в сечении блока для соединения внахлест согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. Множество охлаждающих модулей уложено параллельно друг другу вдоль первого направления Р1 откоса 2 насыпи. Поскольку теплоизолированная солнцезащитная желобчатая пластина 3 обладает трапецеидальной структурой, между соседними охлаждающими модулями образуется клиновидный зазор. Смежные охлаждающие модули соединяются посредством блока 5 для соединения внахлест. Блок 5 для соединения внахлест обладает Т-образной структурой. На верхней поверхности теплоизолированной солнцезащитной желобчатой пластины 3 предусмотрен первый паз 13. Т-образная структура характеризуется длиной, равной толщине верхней части теплоизолированной солнцезащитной желобчатой пластины 3, включая изоляционную плиту 12. Нижние поверхности двух полок Т-образной структуры блока 5 для соединения внахлест соответственно снабжены вторым пазом. Второй паз выполнен с возможностью зацепления с первым пазом 13 для уплотнения. Верхняя поверхность Т-образной структуры блока 5 для соединения внахлест характеризуется дугообразной формой с относительно более высоким центром и двумя относительно более низкими сторонами. Таким образом, во время дождя дождь может стекать по дугообразной верхней поверхности и попадать в канавку 14 для направления воды на верхней поверхности теплоизолированной солнцезащитной желобчатой пластины 3. Поскольку первый паз 13 на верхней поверхности теплоизолированной солнцезащитной желобчатой пластины 3 установлен с помощью выступающей структуры, второй паз на двух полках Т-образной структуры блока 5 для соединения внахлест не будет блокировать стекание дождя в канавках 14 для направления воды.
[0066] Обратимся к фиг. 10; на фиг 10 представлена схема, показывающая шпунтовое соединение согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. В данном случае множество охлаждающих модулей уложено вдоль второго направления Р2 откоса 2 насыпи. Смежные охлаждающие модули соединены по принципу «шип-паз», что обеспечивает герметичность боковых стенок двунаправленного туннеля для передачи воздуха и предотвращает утечку воздуха в боковых стенках двунаправленного туннеля для передачи воздуха.
[0067] Снова обратимся к фиг. 1, один конец или оба конца разделительной пластины 4 снабжены дверцами, предпочтительно дверцами 7, 8 для проветривания с автоматическим регулированием температуры. Каждая из дверец 7, 8 для проветривания с автоматическим регулированием температуры содержит блок регистрации температуры и блок управления. Дверцы 7, 8 для проветривания с автоматическим регулированием температуры могут открываться и закрываться в зависимости от разницы между внутренней температурой и внешней температурой охлаждающих модулей. Когда внешняя температура низкая, например, дверца 7 для проветривания переходит в открытое состояние. Когда внешняя температура высокая, например, дверца 8 для проветривания переходит в закрытое состояние. Дверцы 7, 8 для проветривания с автоматическим регулированием могут быть настроены на работу таким образом, чтобы открываться ночью (например, дверца 8 для проветривания в открытом состоянии) и закрываться днем (например, дверца 7 для проветривания в закрытом состоянии), так что дверцы 7, 8 для проветривания, открывающиеся ночью, могут продолжать процесс теплопередачи при вынужденной конвекции в области аккумулирования холода, а дверцы 7, 8 для проветривания, закрытые днем, могут остановить процесс конвективной теплопередачи. В сочетании с естественными условиями большой разницы температур в районах вечной мерзлоты на плато Цинхай-Тибет, «энергия холода» ночью может эффективно сохраняться в области аккумулирования холода. Более того, температура области аккумулирования холода дополнительно снижается за счет поглощения тепла при испарении воды в резервуаре 10 для сбора воды с потоком воздуха ночью и при фазовом переходе лед-вода днем, тем самым достигается цель защиты насыпи 1.
[0068] Согласно настоящему изобретению охлаждающий модуль или один из соединенных охлаждающих модулей содержит верхнее вентиляционное отверстие, расположенное в положении выше обочины дороги (как показано на фиг. 2), так что верхнее вентиляционное отверстие может эффективно перехватывать и отводить воздух в поле обратного ветра и создавать относительно высокую скорость потока в охлаждающем модуле, тем самым реализуя «двунаправленную конвективную теплопередачу» и значительно повышая эффективность охлаждения. Такой механизм и эффект раскрыты в более раннем патенте Китая заявителя №CN109706813 под названием «Duct-type hollow regulatory layer for cooling a frozen soil embankment slope».
[0069] Далее описывается установка охлаждающих модулей. Во-первых, нескользящие анкерные стержни 11 вставляются в откос 2 насыпи на расстояние от приблизительно 50 см до приблизительно 100 см в направлении, перпендикулярном откосу 2 насыпи, чтобы предотвратить скольжение охлаждающих модулей вдоль откоса 2 насыпи под действием силы тяжести. Верхний конец оставшегося отрезка нескользящего анкерного стержня 11 за пределами откоса 2 насыпи располагается в канавке опорного блока 9. Нескользящий анкерный стержень 11 последовательно проходит через предварительно сформированное отверстие 17 опорного блока 9 и предварительно сформированное отверстие 18 резервуара 10 для сбора воды, а затем последовательно фиксирует разделительную пластину 4 и теплоизолированную солнцезащитную желобчатую пластину 3 в канавке опорного блока 9. Таким образом, охлаждающие модули могут быть устойчиво закреплены на откосе 2 насыпи. Затем блок 5 для соединения внахлест закрепляется между соседними охлаждающими модулями, уложенными параллельно в первом направлении Р1, для обеспечения общей герметизации. Наконец, устанавливается дверца 7 (8) для проветривания с автоматическим регулированием температуры. После установки каждого компонента на откосе 2 насыпи образуется охлаждающий модуль с множеством слоев и множеством функций. Благодаря вышеупомянутому расположению компонентов охлаждающего модуля, собранный охлаждающий модуль согласно настоящему изобретению обеспечивает регулирование температуры на откосе 2 насыпи путем сочетания различных подходов, включающих блокирование солнечного излучения, охлаждение за счет конвективной теплопередачи, аккумулирование холода и т.п.
[0070] Область блокирования тепла в основном функционирует для блокирования солнечного излучения и достижения эффективной конвективной теплопередачи, чтобы предотвратить проникновение тепла в насыпь. Оба открывающихся конца области блокирования тепла находятся в сообщении с окружающей средой, так что тепло излучения от верхней части теплоизолированной солнцезащитной желобчатой пластины и отраженное отражающим слоем может быть своевременно передано в окружающую среду за счет конвективной теплопередачи во внешнюю окружающую среду. Между тем, разделительная пластина и откос насыпи образуют область аккумулирования холода, где установлен резервуар для сбора воды, чтобы охлаждать откос насыпи и аккумулировать холод посредством управляемого процесса конвективной теплопередачи и поглощения испаренного тепла. Один или оба открывающихся конца области аккумулирования холода сообщаются с окружающей средой посредством дверцы для проветривания с автоматическим регулированием температуры. Когда температура окружающей среды низкая, дверца для проветривания с автоматическим регулированием температуры находится в открытом состоянии, так что в области аккумулирования холода происходит теплопередача при вынужденной конвекции для охлаждения откоса насыпи низкотемпературным воздухом. Когда температура окружающей среды высокая, дверца для проветривания с автоматическим регулированием температуры закрыта, так что в области аккумулирования холода не происходит процесс теплопередачи при вынужденной конвекции с окружающим воздухом, что эффективно предотвращает проникновение внешнего тепла в насыпь. Между тем, поскольку неподвижный воздух обладает очень низким коэффициентом теплопроводности (всего 0,023 Вт/м⋅К), воздух внутри закрытой области аккумулирования холода берет на себя дополнительную функцию теплоизоляции, так что внешнему теплу трудно проникнуть в насыпь за счет теплопроводности.
[0071] Конечно, настоящее изобретение также может характеризоваться различными другими вариантами осуществления, и специалисты в данной области могут сделать различные соответствующие изменения и вариации в соответствии с настоящим изобретением без отхода от сущности и объема настоящего изобретения, но эти соответствующие изменения и вариации должны входить в объем правовой охраны, определенный прилагаемой формулой изобретения.