武昌站地源热泵系统室外土壤源换热器设计

点击：2098 日期：[ 2014-04-26 22:05:49 ]

武昌站地源热泵系统室外土壤源换热器设计林昶隆 (中铁第四勘察设计院集团有限公司城建院,武汉　430063) 摘　要:介绍了地源热泵室外土壤源换热器设计的参数、思路和具体设计方法。关键词:铁路客站;地源热泵系统;换热器;设计中图分类号:TU832　文献标识码:A 文章编号:10042954(2008)S1008001 1　工程概况武昌站为既有站房的改扩建的工程,最高聚集人数按8000人进行设计,为大型客运站。站区范围主要分为铁路站场和站房两部分。铁路站场尺寸为850m (长)×127m(宽),站房分为西侧主站房和东侧子站房,西站房尺寸为246m(长)×56m(宽)(不包括高架平台),东站房尺寸为108m(长)×18m(宽)。东站房夏季空调尖峰负荷为702kW,西站房夏季空调尖峰负荷为5538kW,总尖峰冷负荷为6240kW;冬季东站房负荷为483kW、西站房为3897kW,总热负荷为438 kW。站房冷热源采用地源热泵冰蓄冷系统,共设3台三工况螺杆式冷水机组用于制冰和制冷供热,1台地源热泵螺杆式冷水机组作为基载主机制冷、供热。地源热泵系统的室外土壤源换热器按照夏季负荷进行设计。 2　室外土壤源换热器设计 2·1　水文地质情况根据地质专业的勘察,武昌站地处长江二级阶地, 地下约18m均为黏土和粉土、粉砂,下部均为中砂、粗砂、砾砂和圆砾土层,厚度30~50m,地下水为孔隙潜水,埋深1·4~7·5m,与长江水系连通,具有良好的水文地质条件。 2·2　换热量指标确定本工程设计拟采用桩基埋管换热器与钻孔埋管换热器相结合的系统。由于在设计前尚未对工程桩内 W形垂直换热器和钻孔单U形换热器进行热工勘察测试,设计时参考项目所在地附近其他地质构造相类似工程的参数进行设计,具体指标见表1。施工期间,通过专业地埋管测试厂家对部分已敷设的换热器进行热工勘察,勘察结果见表2、表3。根据勘察数据对设计进行校核,满足设计释热量和吸热量的要求。 2·3　土壤源换热器系统设计方案 2·3·1　系统形式及埋管区域本工程土壤源换热器系统为桩基埋管与钻孔埋管相结合的竖直埋管换热器系统,系统设计埋管换热器共计1779个,其中桩基埋管换热器共602个,钻孔埋管换热器共1177个。系统最大吸热量为3370kW,最大释热量6070kW。在工程桩内埋设W形垂直换热器,埋管管径为DN32,平均桩深36m;钻孔埋管换热器采用单U形垂直换热器,埋管管径为DN25,钻孔深度65m。铁路用地红线范围内可利用的换热器埋管区域共有4个地块,占地面积约25350m2,具体分布详图1 由于土壤源换热器敷设面积受限,设计利用了高架平台和西站房区域的结构工程桩。 2·3·2　系统分区原则为了增强地埋管系统与地源热泵主机之间在不同运行工况下匹配的灵活性,土壤源换热器系统结合埋管区域的具体分布,将地埋管系统划分为4个大小不同的区域。各个区域内连入的地埋管数量不同,大体为两大两小,其优点为: (1)由于三工况机组在夜间制冰和白天制冷工况下所释放的冷凝热不同,空调负荷不同开启主机的台数也不同,因此不同大小搭配的分区方法有利于增强地埋管系统在与地源热泵主机在不同工况下匹配的灵活性; (2)分区控制有利于各个埋管区域利用关停部分主机时恢复其释热或吸热能力,在一定程度上调节各埋管区域的热平衡。系统分区示意图详图2。 2·3·3　地埋管连接方式为了简化系统连接方式,设计采用桩基埋管与钻孔埋管混合连接的方式。系统设置两级集分水器,各个地埋管换热器通过环路小集管接入二级集分水器, 各二级集分水器通过水平总管接入机房的一级集分水器。系统共设157个环路,每个环路通过环路小集管连接10~13个地埋管换热器,环路中各个埋管换热器之间采用同程式连接。系统共设8个检查井,每个检查井中的两组二级分、集水器分别接入9~11个环路, 连接二级集分水器的水平总管通过管沟接入动力机房。 2·3·4　其他地埋管系统是位于地面以下的隐蔽工程,系统内地埋管内水的流速较低,有可能出现管内U形弯顶部等位置集气无法排出的情况,影响系统的换热效果。因此本工程设计选用真空排气装置,有效排出管内的集气。 3　结语武昌站土壤源换热器设计的规模、难度以及施工的难度是铁路行业内乃至国内同类项目中少有的。文章对系统设计形式和方法等设计人员关心的热点问题进行了介绍和归纳,以期为同类型项目的设计提供良好的借鉴和有益的参考。参考文献: [1]　GB50366—2005,地源热泵系统工程技术规范[S]. [2]　GB50189—2005,公共建筑节能设计标准[S]. [3]　陆耀庆.实用供热空调设计手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1993. [4]　中国建筑标准设计研究所、建设部工程质量安全监督与行业发展司.全国民用建筑工程技术设计措施(暖通空调、动力)[S].北京:中国计划出版社,2003.

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