【摘 要】
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近年来,地铁因其舒适、安全和高效等优点,成为解决城市交通拥堵问题的首选。但随着地铁的长期运行,隧道热污染问题也逐渐显现。如果热污染得不到有效控制,将影响地铁的安全高效运营并显著增加其环控系统能耗。如何在保证地铁安全高效运营的前提下,降低其能源消耗,是目前急需解决的问题,对地铁这一交通领域重点用能“大户”具有重要的工程实际意义。以隧道衬砌内毛细管为前端换热器的地铁源热泵系统是解决上述问题的有效技术之
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近年来,地铁因其舒适、安全和高效等优点,成为解决城市交通拥堵问题的首选。但随着地铁的长期运行,隧道热污染问题也逐渐显现。如果热污染得不到有效控制,将影响地铁的安全高效运营并显著增加其环控系统能耗。如何在保证地铁安全高效运营的前提下,降低其能源消耗,是目前急需解决的问题,对地铁这一交通领域重点用能“大户”具有重要的工程实际意义。以隧道衬砌内毛细管为前端换热器的地铁源热泵系统是解决上述问题的有效技术之一,但目前缺乏系统的设计方法,且其前端换热器在复杂周期性边界条件下的传热特性有待解析。本文以某示范工程为对象,建立了毛细管前端换热器（CHE,front-end Capillary Heat Exchanger）简化物理模型;提出了隧道周期性边界条件计算方法,建立了对应的数值仿真模型;基于实际地铁隧道内毛细管换热器传热特性试验台,对仿真模型进行了验证;基于仿真模型,分析了非耦合隧道空气温度工况（小段敷设换热器）与耦合隧道空气温度工况（大段敷设换热器）下,换热器在复杂周期性边界条件下的传热特性,并提出了对应的设计建议。结果显示,在典型年中,供暖季CHE最大热流为61 W/m~2,供冷季为76W/m~2;两种工况下,不同季节CHE相对隧道空气的相位差均不同,可调整CHE运行策略以增大CHE传热量;两种工况对比显示,在供暖季,热耦合隧道空气温度工况下CHE传热更稳定,在供冷季,热耦合隧道空气温度工况下的CHE散热效果更好;连续运行一年后,非耦合隧道空气温度工况CHE出口温度上升了1.70℃,耦合隧道空气温度工况为0.99℃;不同影响因素对隧道热环境的贡献不同,影响程度从大到小依次为CHE运行、室外空气温度、隧道产热,影响速度从快到慢依次为隧道产热、室外空气温度、CHE运行。根据研究研究,给出工程建议:敷设CHE时,为了增大CHE换热量,可通过结构设计或蓄能装置,在供暖季将CHE与隧道空气谐波调谐,供冷季将二者温度谐波错峰。
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