CN103615841B - 一种应用于地铁隧道中的毛细管土壤源热泵*** - Google Patents

一种应用于地铁隧道中的毛细管土壤源热泵*** Download PDF

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Abstract

一种应用于地铁隧道中的毛细管土壤源热泵***，其中毛细管网前端换热***包括铺设于隧道表面的毛细管前端换热器、循环水泵J；土壤源热泵***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***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***包括用户毛细管末端换热器及循环水泵K，整个***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***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。

Description

一种应用于地铁隧道中的毛细管土壤源热泵***
技术领域：
本发明涉及一种土壤源毛细管热泵空调***，特别涉及一种应用于地铁隧道中的毛细管土壤源热泵***。
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***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***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***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***，克服了冷却塔的设置及土壤源热泵***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***，包括毛细管网前端换热***、土壤源热泵***、站内毛细管末端换热***，住宅用户毛细管末端***；其中毛细管网前端换热***包括铺设于隧道表面的毛细管前端换热器5、循环水泵J；土壤源热泵***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***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***包括用户毛细管末端换 热器7及循环水泵K；
整个***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***、站内毛细管末端换热***及住宅用户毛细管末端***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***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***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***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***，包括毛细管网前端换热***、土壤源热泵***、站内毛细管末端换热***，住宅用户毛细管末端***；其中毛细管网前端换热***包括铺设于隧道表面的毛细管前端换热器5、循环水泵J；土壤源热泵***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***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***包括用户毛细管末端换热器7及循环水泵K；
整个***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的另一端通过阀门A与蒸发器的m相连。
所述的毛细管网前端换热***、站内毛细管末端换热***及住宅用户毛细管末端***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***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***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***换热，吸收毛细管网前端换热***中水的热量，毛细管网前端换热***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。

Claims (4)

1.一种应用于地铁隧道中的毛细管土壤源热泵***，其特征在于，包括毛细管网前端换热***、土壤源热泵***、站内毛细管末端换热***，住宅用户毛细管末端***；其中毛细管网前端换热***包括铺设于隧道表面的毛细管前端换热器(5)、循环水泵J；土壤源热泵***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***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***包括用户毛细管末端换热器(7)及循环水泵K；
整个***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(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)的另一端通过阀门A与蒸发器的m端相连。
2.如权利要求1所述的一种应用于地铁隧道中的毛细管土壤源热泵***，其特征在于，所述的毛细管网前端换热***、站内毛细管末端换热***及住宅用户毛细管末端***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。
3.如权利要求2所述的一种应用于地铁隧道中的毛细管土壤源热泵***，其特征在于，所述的毛细管网前端换热***置于地下隧道岩壁上，距离隧道壁外表面10-50cm。
4.如权利要求3所述的一种应用于地铁隧道中的毛细管土壤源热泵***，其特征在于，所述的毛细管网前端换热***采用管径小于10mm的毛细管网。
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