一种应用于地铁隧道中的毛细管土壤源热泵系统

摘要

一种应用于地铁隧道中的毛细管土壤源热泵系统，其中毛细管网前端换热系统包括铺设于隧道表明的毛细管前端换热器、循环水泵J；水源热泵系统包括压缩机，包含接口a、b、c、d、e的冷凝器，节流阀和包含接口f、g、h、k、m、n的蒸发器；站内毛细管末端换热系统包括毛细管末端换热器及循环水泵I；住宅用户毛细管末端系统包括用户毛细管末端换热器及循环水泵K，整个系统通过管路和阀门连接，本发明克服了冷却塔的设置及土壤源热泵系统常规打孔困难的不足，具有造价低，换热效率高、环保、经济高效等优点，且能夏季对地下隧道车站供冷，冬季对地上建筑供暖。

说明书

技术领域

本发明涉及一种毛细管土壤源热泵系统，特别涉及一种应用于地 铁隧道中的毛细管土壤源热泵系统。

背景技术

随着世界范围内交通拥挤、环境污染和能源危机等问题的日益突 出，发展城市轨道交通越来越引起世界各国的高度重视。地铁因其安 全、舒适、快速、准点、载客量大、低能耗及低污染的特点越来越受 青睐。

伴随着世界城市地铁的大量兴建和飞速发展，人们越来越关注地 铁环境的质量问题。由于地铁隧洞内特有的活塞风，以及列车刹车、 机车空调产热及大量的机电设备、人员、照明等的产热，使得地铁站 内在冬季和过渡季基本无需供热，而夏季则需要供冷。地下隧道中(地 铁站内)传统的供冷方式主要是通过制冷机及设于地面上的冷却塔， 将隧道中(站台内)的热量释放到地面大气中。这种系统型式存在的 问题主要是冷却塔的设置问题。由于地铁线路所经过的区域多是城市 繁华地带，地面上设置冷却塔的空间有限或根本没有，而且将冷却塔 安装在地面上不仅影响城市景观和规划，还给周围环境带来噪声污染 和卫生隐患。国内在广州和上海等地对地铁空调冷却塔菌污染状况的 调查表明，部分地铁站空调冷却塔水军团菌污染状况较为严重，容易 造成疾病的传播。

为了解决地铁车站冷却塔的设置问题，减少对地面景观、噪声污 染等的影响，土壤源热泵技术受到了越来越多的关注。地下隧道和地 铁车站基本都处于地下恒温层以下，地下土壤的温度常年基本恒定， 非常适合土壤源热泵系统的应用，也可以减小冷却塔的容量或避免设 置冷却塔，但地下隧道周围有一系列的结构加固和保护措施，在这种 情况下利用土壤源热泵系统采用的常规打孔埋管方式将难以利用。针 对地铁环境研究新型的土壤换热装置，对地下隧道热能的利用也有较 大的实际意义。

发明内容

为解决上述现有技术的不足，本发明提出一种应用于地铁隧道中 的毛细管土壤源热泵系统，克服了冷却塔的设置及土壤源热泵系统常 规打孔困难的不足，具有造价低，换热效率高、环保、经济高效等优 点，且能夏季对地下隧道车站供冷，冬季对地上建筑供暖。

为达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种应用于地铁隧道中的毛细管土壤源热泵系统，包括毛细管网 前端换热系统、水源热泵系统、站内毛细管末端换热系统，住宅用户 毛细管末端系统；其中毛细管网前端换热系统包括铺设于隧道表明的 毛细管前端换热器5、循环水泵J；水源热泵系统包括压缩机1，包含 接口a、b、c、d、e的冷凝器2，节流阀3和包含接口f、g、h、k、 m、n的蒸发器4；站内毛细管末端换热系统包括毛细管末端换热器6 及循环水泵I；住宅用户毛细管末端系统包括用户毛细管末端换热器 7及循环水泵K；

整个系统通过管路和阀门连接，压缩机1的出口与冷凝器2的c 端相连，冷凝器2的e端通过节流阀3与蒸发器4的f端相连，蒸发 器4的k端与压缩机1相连；冷凝器2的a端通过阀门F及循环水泵 J与毛细管前端换热器5相连，毛细管前端换热器5的另一端通过阀 门E与冷凝器的d端相连；蒸发器4的g端通过阀门C及循环水泵J 与毛细管前端换热器5的一端相连，毛细管网前端换热器5的另一端 通过阀门D与蒸发器4的h端相连；冷凝器2的a端通过阀门G及 循环水泵K与用户毛细管末端换热器7相连，用户毛细管末端换热 器7的另一端通过阀门B与冷凝器2的b端相连；蒸发器3的n端 通过阀门H及循环水泵I与地铁车站内的毛细管末端换热器6相连， 毛细管末端换热器6的另一端通过阀门A与蒸发器的m端相连。

所述的毛细管网前端换热系统、站内毛细管末端换热系统及住宅 用户毛细管末端系统中每根毛细管内的流速为0.05～0.2m/s，毛细管 间距为10mm、20mm或40mm，管材为ppr管材或pe-rt管材，毛细 管内流动状态均为层流。

所述的毛细管网前端换热系统置于地下隧道岩壁上，距离隧道壁 外表面10-50cm。

所述的毛细管网前端换热系统采用管径小于10mm的毛细管网。

相对于现有技术，本发明的有益效果为：克服了冷却塔的设置及 土壤源热泵系统常规打孔困难的不足，具有造价低，换热效率高、环 保、经济高效等优点，且能夏季对地下隧道车站供冷，冬季对地上建 筑供暖。

附图说明

附图为本发明的结构示意图。

其中：1-压缩机，2-冷凝器，3-节流阀，4-蒸发器，5-毛细管前 端换热器，6-毛细管末端换热器，7-用户毛细管末端换热器，A、B、 C、D、E、F、G、H-阀门，I、J、K-循环水泵。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构及工作原理做进一步详细描述。

一种应用于地铁隧道中的毛细管土壤源热泵系统，包括毛细管网 前端换热系统、水源热泵系统、站内毛细管末端换热系统，住宅用户 毛细管末端系统；其中毛细管网前端换热系统包括铺设于隧道表明的 毛细管前端换热器5、循环水泵J；水源热泵系统包括压缩机1，包含 接口a、b、c、d、e的冷凝器2，节流阀3和包含接口f、g、h、k、 m、n的蒸发器4；站内毛细管末端换热系统包括毛细管末端换热器6 及循环水泵I；住宅用户毛细管末端系统包括用户毛细管末端换热器 7及循环水泵K；

整个系统通过管路和阀门连接，压缩机1的出口与冷凝器2的c 端相连，冷凝器2的e端通过节流阀3与蒸发器4的f端相连，蒸发 器4的k端与压缩机1相连；冷凝器2的a端通过阀门F及循环水泵 J与毛细管前端换热器5相连，毛细管前端换热器5的另一端通过阀 门E与冷凝器的d端相连；蒸发器4的g端通过阀门C及循环水泵J 与毛细管前端换热器5的一端相连，毛细管网前端换热器5的另一端 通过阀门D与蒸发器4的h端相连；冷凝器2的a端通过阀门G及 循环水泵K与用户毛细管末端换热器7相连，用户毛细管末端换热 器7的另一端通过阀门B与冷凝器2的b端相连；蒸发器3的n端 通过阀门H及循环水泵I与地铁车站内的毛细管末端换热器6相连， 毛细管末端换热器6的另一端通过阀门A与蒸发器的m端相连。

所述的毛细管网前端换热系统、站内毛细管末端换热系统及住宅 用户毛细管末端系统中每根毛细管内的流速为0.05～0.2m/s，毛细管 间距为10mm、20mm或40mm，管材为ppr管材或pe-rt管材，毛细 管内流动状态均为层流。

所述的毛细管网前端换热系统置于地下隧道岩壁上，距离隧道壁 外表面10-50cm。

所述的毛细管网前端换热系统采用管径小于10mm的毛细管网。

本发明的工作原理为：

在夏季供冷时，阀门B、C、D、G关闭，阀门A、E、F、H开 启，循环水泵K关闭，循环水泵I，J开启。即冷凝器2的a端通过 阀门F及循环水泵J与毛细管前端换热器5相连，毛细管前端换热器 5的另一端通过阀门E与冷凝器2的d端相连。蒸发器4的n端通过 阀门H及循环水泵I与地铁车站内的毛细管末端换热器6相连，毛细 管末端换热器6通过阀门A与蒸发器4的m端相连。压缩机1排出 的高温高压的制冷剂气体进入冷凝器2，在冷凝器2中冷却放热后将 热量释放给毛细管前端换热器5中的换热介质，毛细管前端换热器5 又与隧道壁土壤进行换热，最终将热量释放到地铁隧道内，其中，一 部分热量排放到隧道壁土壤中，另一部分则通过地下隧道的活塞风被 带走。同时，冷凝器2内的制冷剂气体冷凝变成制冷剂液体，制冷剂 液体通过节流阀3，进入蒸发器4后，在蒸发器4内蒸发吸收热量， 制取冷冻水，冷冻水通过循环泵I输送到地铁车站内的毛细管末端换 热器6，为站内供冷。

在冬季供热时，阀门A、E、F、H关闭，阀门B、C、D、G开 启，循环水泵I关闭，水泵J、K开启。即冷凝器2的a端通过阀门 G及循环水泵K与用户毛细管末端换热器7相连，用户毛细管末端 换热器7的另一端通过阀门B与冷凝器2的b端相连。蒸发器4的g 端通过阀门C及循环水泵J与地铁隧道中的毛细管前端换热器5相 连，毛细管前端换热器5的另一端通过阀门D与蒸发器4的h端相 连。压缩机1排出的高温高压的制冷剂气体进入冷凝器2中，释放热 量，制取热水或热风，热水或热风到用户毛细管末端换热器7释放热 量，为地上建筑供暖，同时制冷剂气体冷凝成为液体，制冷剂液体通 过节流阀3进入蒸发器4蒸发吸热，在蒸发器4中与毛细管网前端换 热系统换热，吸收毛细管网前端换热系统中水的热量，毛细管网前端 换热系统中的水和隧道土壤通过毛细管前端换热器5进行换热，吸收 土壤中的热量，同时，制冷剂液体吸热变成制冷剂气体，制冷剂气体 进入压缩机1完成制热循环。