上海虹桥站地埋管地源热泵系统设计与分析

!20!铁路建筑 暖通空调HV&AC 2010年第40卷第5期

上海虹桥站地埋管地源热泵

系统设计与分析

铁道第三勘察设计院集团有限公司 孙兆军 朱建章

摘要 结合虹桥站土壤源热泵系统的地埋管换热器设置方案,分析了地埋管换热器的换热性能、换热效率,土壤温度变化特性以及系统运行特点与可靠性,阐述了铁路客站工程应用土壤源热泵系统的优势和应注意的系统特性。

关键词 上海虹桥站 土壤源热泵 地埋管换热器 换热性能 可靠性

Designandanalysisonground sourceheatpumpsystem

ofShanghaiHongqiaoHubStation

BySunZhaojun andZhuJianzhang

Abstract Basedonthegroundheatexchangersettingschemeofground sourceheatpumpsystemof

ShanghaiHongqiaoHubStation,analysestheheatexchangecapabilityandefficiencyofgroundheatexchanger,temperaturechangecharacteristicsofsoil,stabilityandreliabilityofsystemduringoperation,andexpoundstheadvantagesandcharacteristicsofground coupledheatpumpsysteminrailwaystationneedingattention.

Keywords ShanghaiHongqiaoHubStation,ground sourceheatpump,groundheatexchanger,heatexchangecapability,reliability

ThirdSurveyandDesignInstituteGroupCorporation,Tianjin,China

南北向550m,东西向420m。站房主体共3层(见图1),其中地上2层,地下1层。站房(含辅楼)总建筑面积24.2万m2。

0 引言

近几年,地源热泵系统作为利用可再生能源的节能环保技术,应用越来越广泛。铁路领域应用地源热泵系统,尤其是地埋管地源热泵系统也是逐渐增多,且规模越来越大。上海虹桥站作为特大型铁路车站在冷热源设计中应用了地埋管地源热泵系统,并首次采用站台下埋管方式。作为站台埋管实践的首个案例,设计时对其特点和性能进行了分析论证,以为类似铁路客站工程设计提供思路和参考。1 项目概况

站,为

*

图1 虹桥站站房建筑平面示意

2 虹桥站冷热源方案

2.1 空调系统冷热负荷及特点

孙兆军,男,1970年3月生,大学,工学学士,高级工程师300251 天津市河北区金沙江路33号增1号铁三院分部

建筑分院

(022)26176413E mail:sunzhaojun@:03

暖通空调HV&AC 2010年第40卷第5期 铁路建筑!21!

经计算,虹桥站夏季设计日最大冷负荷为20.64MW,冬季设计日最大热负荷为7.03MW,夏季最大动态冷负荷为18MW,冬季最大动态热负荷为7.1MW。空调系统夏季动态冷负荷见图2,冬季动态热负荷见图3。由图2,3可以看出,冷热负荷具有明显的不均衡性,无论是设计日,还是全年,夏季制冷负荷远大于冬季供热负荷,而且夏季供冷周期长,为冬季供暖期的2

倍。

和水冷离心式冷水机组构成。冬季热源全部由地埋管地源热泵系统提供,夏季以离心机组供冷为主,地埋管地源热泵供冷为辅。

3 虹桥站地埋管换热器设置

地埋管地源热泵系统与常规系统相比最大的不同就是需设置地埋管换热器,地埋管换热器是地埋管地源热泵系统的核心和关键。地埋管换热器占地面积很大,对于一般大型公共建筑,若采用地埋管地源热泵系统,往往很难解决地埋管换热器的设置问题。而铁路站台范围内一般具备地埋管设置条件,尤其是近几年开始广泛采用的无站台柱雨棚设计,使站台范围内基本没有其他构筑物,更有利于在站台下埋管。此外,铁路站台范围内的地下空间一般不会再开发利用,这也有利于地埋管地源热泵系统的持久稳定使用。类似于上海的夏热冬冷地区,冷热负荷极不平衡,冬季热负荷不大,采用复合式系统并以供热负荷为主确定规模的地埋管换热器,基本都可以在站台范围内解决设置问题。

上海虹桥站采用单U形管地埋管井,深度为90m(-2~-92m)。经计算,并考虑10%的余量,地埋管井总数为1960口,室外地埋管换热器的占地面积约为39200m2。虹桥站站场共设有16个站台,其中东西两侧基本站台下是管道通廊,不宜布置地埋管井,而其余14个站台宽度均为12m,站台长度为400m到550m不等,除去站房覆盖范围内的站台下为地下1层空间,不能布置地埋管井外,其余部分的站台(包括短站台端部的部分空地,面积约47000m2)可用于设置地埋管换热器系统,满足设置需求。

虹桥站地埋管井沿站台横向布置的间距为5m,考虑

图2

夏季空调动态冷负荷

图3冬季空调动态热负荷

到地埋管井要与轨道保持一定的距离,在每个站台板下纵向布置两排埋管,纵向布置间距为4m,在站房南北两侧均布置地埋管井,地埋管水平连接管均汇集到站房南北两侧的综合管沟内,并与综合管沟内设置的集分水器连接,再通过供回水干管进入冷热源机房,见图4。

2.2 冷热源方案

上海市的能源主要为电和天然气。由空调系统的冷热负荷特点可以确定设计空调冷热源系统时应以满足供冷工况为主,同时兼顾供暖工况。首先考虑制冷工况的高效率,同时兼顾制热工况的效率相对较高。单纯考虑制冷工况,传统的电制冷是比较合理的方式。虹桥站的冷负荷总量大,供冷应以高效率的水冷离心式冷水机组为主。结合虹桥站的负荷特点及市政条件和有关政策,可采用的热源方案主要有燃气锅炉、燃气直燃机组和热泵,其中热泵可采用空气源热泵、地埋管地源热泵。通过专题研究,从初投资、节能性、经济性、环保和运行维护等多方面比较得出结论 虹桥站热源采用地埋管地源热泵系统具有明显优势。经勘察,项目建设现场土壤100m深度范围内主要由饱和黏性土、粉性土和砂土组成,具有水平层理。这种地质条件对于采用地埋管地源热泵系统比较适宜,地埋管换热器施工容易、造价低。

通过上述分析,并考虑土壤热平衡问题,上海虹桥站冷

统,热泵

图4 虹桥站室外地埋管布置总平面示意

图5为两个站台下的地埋管井布置示意,每7个竖直U形管井连接为一个环路,每个站台下设有10个环路,共70,,

!22!铁路建筑 暖通空调HV&AC 2010年第40卷第5期

连接到右侧综合管沟内的集分水器上。井、水平连管要避开消火栓井的位置,水平连管与消火栓管道在水平或竖向尽可能错开。这就需要和相关专业提前进行协调、规划。

5)站台下设置地埋管不同于一般空地埋管,施工作业项目较多。主要包括地基处理、站台基础和侧墙施工、地埋管打井施工、回填土、消防管道及消火栓井施工、回

图5 站台下地埋管布置平面示意

填土夯实,铺装站台面等。因此,设计阶段还应充分考虑各个施工环节的相互关系。其中,为保证回填土夯实时不损坏水平管,尤其是水平管与竖直管接口,设计采用细砂保护措施。

4 虹桥站地埋管换热器性能分析4.1 分析的目的和前提

地埋管地源热泵的核心是地埋管换热器,其性能与地埋管的布置方案、施工质量有直接关系。地埋管井布置间距是由其传热半径决定的,而地埋管井单位长度的换热量、连续运行时间及土壤的热物性决定了地埋管井传热半径的大小。理想情况是地埋管井间距应大于连续运行时其2倍传热半径。在地质条件和使用条件相同的情况下,不同的地埋管布置形式对地埋管换热器的性能有不同的影响。

虹桥站地埋管换热器布置形式不同于传统方式。地埋管沿站台纵向布置间距为4m,横向布置间距为5m,每个独立管群单元的地埋管数目为70根,南、北两个地块各布置了14个单元,地埋管总数为1960根。

根据本项目地埋管布置图(见图5)可知,不同站台下的管群布置形式相 …… 此处隐藏：3157字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……