水平地埋管在地铁站台空调系统的应用可行研究

论文摘要

地铁因快速、高效、低能耗、低污染、载客量大等特点,现已成为解决城市繁杂交通的重要手段。本文针对地铁站台的建造特点,提出将地源热泵水平埋管应用于地铁站台空调系统,埋管换热器铺设在工程底板及顶板内,为夏季地铁站台空调系统提供冷源。地源热泵系统是应用低位可再生能源的重要技术措施之一,地铁站台应用地源热泵系统在能源效率、占地面积、水资源消耗以及美化景观等方面比常规空调冷却系统(冷却塔形式)具有明显的优势。本文采用ANSYS软件,选用Plane55单元对水平埋管换热器进行模拟计算。针对水平埋管在钢筋混凝土底板和顶板内的不同敷设位置、不同间距建立了八种模型,并对水平埋管夏季间歇运行2天(运行18小时,停止运行6小时)的模型温度场进行数值模拟分析,得出了水平埋管周围温度场的分布图以及停止运行后模型热环境的恢复状况。通过比较和综合分析,确定了埋管最佳敷设模型为：1)底板,距钢筋混凝土底板下表面0.2m、间距为0.6米的模型。2)顶板,距钢筋混凝土底板上表面0.2m、间距为0.6米的模型。本文系统的介绍了地铁通风空调系统,提出了水平埋管应用于地铁站台空调系统的具体模式。对某地铁站台分析计算,得出冷负荷为980.85KW,通过计算,敷设在底板、顶板以及浅层双层水平埋管(上层距地面1.2米,下层距地面1.8米)共27426米即可满足车站负荷要求。同时得出,底板水平埋管单位长度的平均散热量为49.73W/m,顶板水平埋管单位长度的平均散热量为40.69 W/m。根据模型模拟结果分析表明,地铁站台夏季空调系统采用地源热泵水平埋管进行散热的方式是可行的。模拟计算得出的指标参数和最优模型对今后地源热泵水平埋管在地下工程混凝土板中的设计和应用具有一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的背景
• 1.2 课题研究的目的和意义
• 1.3 地源热泵国内外发展
• 1.3.1 国外发展
• 1.3.2 国内发展
• 1.4 地源热泵国内外研究现状
• 1.4.1 国外研究现状
• 1.4.2 国内研究现状
• 1.5 课题研究的主要内容
• 2 武汉地铁环控系统概述
• 2.1 武汉地铁介绍
• 2.2 地铁环控系统组成及功能
• 2.2.1 隧道通风系统
• 2.2.2 车站大系统
• 2.2.3 车站小系统
• 2.2.4 空调水系统
• 2.3 系统设计参数及标准
• 2.3.1 室外空气计算参数
• 2.3.2 室内空气设计参数
• 2.3.3 空调送风温差
• 2.3.4 新风量标准
• 2.3.5 空气质量标准
• 2.3.6 风速设计标准
• 2.4 系统运行方式
• 2.4.1 隧道通风系统
• 2.4.2 车站大系统
• 2.4.3 车站小系统
• 2.4.4 空调水系统
• 2.5 小结
• 3 地源热泵水平埋管在地铁中的应用模式
• 3.1 地源热泵系统简介
• 3.1.1 地源热泵系统工作原理
• 3.1.2 地源热泵系统分类
• 3.1.3 地源热泵的特点
• 3.2 地源热泵水平埋管性能影响因素
• 3.2.1 土壤热特性的影响
• 3.2.2 管材物理性能的影响
• 3.2.3 回填材料性能的影响
• 3.2.4 埋管埋深的影响
• 3.2.5 介质流量的影响
• 3.3 地源热泵水平埋管在地铁中应用的技术优势
• 3.3.1 地铁站台空调系统水平埋管应用模式
• 3.3.2 与传统地铁空调系统对比
• 3.3.3 与风冷热泵系统的对比
• 3.3.4 与土壤源热泵垂直埋管对比
• 3.4 小结
• 4 地铁空调系统水平埋管温度场数值模拟
• 4.1 土壤的初始温度分布
• 4.1.1 土壤的温度分布
• 4.1.2 初始温度分布
• 4.2 水平埋管换热器传热模型
• 4.2.1 建立数学模型
• 4.2.2 输入参数的确定
• 4.2.3 ANSYS热分析过程
• 4.3 地源热泵水平埋管温度场模拟与结果分析
• 4.3.1 夏季运行前后对模型温度场的影响
• 4.3.2 埋管间距对模型温度场影响
• 4.3.3 埋管敷设位置对模型温度场影响
• 4.3.4 模型6夏季间歇运行2天对模型温度场的影响
• 4.4 小结
• 5 地铁车站水平埋管空调系统设计
• 5.1 地铁车站空调负荷计算
• 5.1.1 人员负荷
• 5.1.2 车站照明及设备负荷
• 5.1.3 站台屏蔽门传热及渗透
• 5.1.4 车站出入口渗透负荷
• 5.1.5 新风负荷
• 5.1.6 夏季空调负荷计算
• 5.2 水平埋管计算及施工
• 5.2.1 水平埋管计算
• 5.2.2 水平埋管施工
• 5.3 水系统设计
• 5.3.1 冷却水系统设计
• 5.3.2 冷冻水系统设计
• 5.4 地铁车站空调系统水平地埋管应用前景
• 5.5 小结
• 6 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介及读研期间主要研究成果