寒區(qū)隧道地源熱泵型防凍保暖系統(tǒng)研究.pdf

1、我國84％的寒區(qū)隧道存在凍害問題，而國內(nèi)大多防凍害措施都是被動措施，且存在運行效果差、能耗高等問題。現(xiàn)在正在試驗階段的林場隧道采用了新的地源熱泵系統(tǒng)，相對于其他供熱防凍方式更加節(jié)能，但是仍然存在的運行、節(jié)能效果不穩(wěn)定，傳統(tǒng)能耗占比較高，對地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)造成破壞等一系列不良后果。高原寒冷地區(qū)夏季平均溫度均在冰點以上，太陽輻射量大、可再生且利用效率高，故可考慮對夏季的太陽能加以利用，降低傳統(tǒng)電能在系統(tǒng)能耗中的占比。
　　本課題以位于青海

2、境內(nèi)的大阪山隧道為依托，計算得到隧道全年供暖熱負荷為21.5kw。以大阪山隧道供暖總負荷為基準設計大阪山隧道防凍供暖系統(tǒng)，利用土壤的蓄熱功能將夏季的熱量存儲到土壤中，提高土壤平均溫度，冬季隧道供暖季再將土壤中的熱量取出對隧道進行供暖。本文設計了兩個與寒區(qū)類型相適應的隧道防凍系統(tǒng):取熱段埋管于隧道中部圍巖初砌與復合式防水板之間的太陽能蓄熱與地源熱泵復合供暖系統(tǒng)和取熱段埋管于隧道洞口外地表下土壤中的太陽能蓄熱與地源熱泵復合供暖系統(tǒng)。為了對太

3、陽能和地源熱泵復合系統(tǒng)開展研究，本課題先在理論計算的基礎(chǔ)之上建立系統(tǒng)中各部件的數(shù)學模型，然后以各個系統(tǒng)標準部件的數(shù)學模型為基礎(chǔ)，以TRNSYS軟件為平臺，搭建用于太陽能-土壤源熱泵系統(tǒng)各方案運行模式的仿真模型，并與傳統(tǒng)地源熱泵系統(tǒng)進行模擬對比分析。
　　從仿真結(jié)果來看，傳統(tǒng)地源熱泵系統(tǒng)方案取熱段圍巖模擬開始時的溫度為5.7℃，系統(tǒng)持續(xù)不間斷運行20年后，圍巖最低溫度降為5.1℃，減少了0.6℃，衰減幅度為10.5％。與傳統(tǒng)地源熱泵

4、系統(tǒng)方案相比，四種新的方案運行模式供暖季熱泵地源側(cè)入口溫度分別提升了0.6℃、0.6℃、2.9℃和3.0℃，有了顯著提升;供暖季熱泵機組平均COP分別提升了0.6、0.6、0.61和0.63，有了較為顯著的提高，其中方案二效果最為明顯;經(jīng)過蓄熱地溫均值有顯著上升，方案二模式一和模式二運行20年后地溫均值分別上升2.2和2.3，漲幅分別27％和28％，蓄熱效果明顯;四種新方案運行模式均減少了電能的年能耗，從傳統(tǒng)方案的147.3GJ分別降低