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武昌站地源熱泵系統室外土壤源換熱器設計

點擊:2052 日期:[ 2014-04-26 22:05:49 ]
                             武昌站地源熱泵系統室外土壤源換熱器設計                                           林昶隆                     (中鐵第四勘察設計院集團有限公司城建院,武漢 430063) 摘 要:介紹了地源熱泵室外土壤源換熱器設計的參數、思路 和具體設計方法。 關鍵詞:鐵路客站;地源熱泵系統;換熱器;設計 中圖分類號:TU832 文獻標識碼:A 文章編號:10042954(2008)S1008001 1 工程概況 武昌站為既有站房的改擴建的工程,最高聚集人 數按8000人進行設計,為大型客運站。站區范圍主要 分為鐵路站場和站房兩部分。鐵路站場尺寸為850m (長)×127m(寬),站房分為西側主站房和東側子站 房,西站房尺寸為246m(長)×56m(寬)(不包括高架 平臺),東站房尺寸為108m(長)×18m(寬)。東站房 夏季空調尖峰負荷為702kW,西站房夏季空調尖峰負 荷為5538kW,總尖峰冷負荷為6240kW;冬季東站房 負荷為483kW、西站房為3897kW,總熱負荷為438 kW。站房冷熱源采用地源熱泵冰蓄冷系統,共設3臺 三工況螺桿式冷水機組用于制冰和制冷供熱,1臺地 源熱泵螺桿式冷水機組作為基載主機制冷、供熱。地 源熱泵系統的室外土壤源換熱器按照夏季負荷進行 設計。 2 室外土壤源換熱器設計 2·1 水文地質情況 根據地質專業的勘察,武昌站地處長江二級階地, 地下約18m均為黏土和粉土、粉砂,下部均為中砂、粗 砂、礫砂和圓礫土層,厚度30~50m,地下水為孔隙潛 水,埋深1·4~7·5m,與長江水系連通,具有良好的水 文地質條件。 2·2 換熱量指標確定 本工程設計擬采用樁基埋管換熱器與鉆孔埋管換 熱器相結合的系統。由于在設計前尚未對工程樁內 W形垂直換熱器和鉆孔單U形換熱器進行熱工勘察 測試,設計時參考項目所在地附近其他地質構造相類 似工程的參數進行設計,具體指標見表1。 施工期間,通過專業地埋管測試廠家對部分已敷 設的換熱器進行熱工勘察,勘察結果見表2、表3。根 據勘察數據對設計進行校核,滿足設計釋熱量和吸熱 量的要求。 2·3 土壤源換熱器系統設計方案 2·3·1 系統形式及埋管區域 本工程土壤源換熱器系統為樁基埋管與鉆孔埋管相結合的豎直埋管換熱器系統,系統設計埋管換熱器 共計1779個,其中樁基埋管換熱器共602個,鉆孔埋 管換熱器共1177個。系統最大吸熱量為3370kW,最 大釋熱量6070kW。在工程樁內埋設W形垂直換熱 器,埋管管徑為DN32,平均樁深36m;鉆孔埋管換熱器采用單U形垂直換熱器,埋管管徑為DN25,鉆孔深 度65m。 鐵路用地紅線范圍內可利用的換熱器埋管區域共 有4個地塊,占地面積約25350m2,具體分布詳圖1 由于土壤源換熱器敷設面積受限,設計利用了高架平 臺和西站房區域的結構工程樁。 2·3·2 系統分區原則 為了增強地埋管系統與地源熱泵主機之間在不同 運行工況下匹配的靈活性,土壤源換熱器系統結合埋 管區域的具體分布,將地埋管系統劃分為4個大小不 同的區域。各個區域內連入的地埋管數量不同,大體 為兩大兩小,其優點為: (1)由于三工況機組在夜間制冰和白天制冷工況 下所釋放的冷凝熱不同,空調負荷不同開啟主機的臺 數也不同,因此不同大小搭配的分區方法有利于增強 地埋管系統在與地源熱泵主機在不同工況下匹配的靈 活性; (2)分區控制有利于各個埋管區域利用關停部分 主機時恢復其釋熱或吸熱能力,在一定程度上調節各 埋管區域的熱平衡。 系統分區示意圖詳圖2。 2·3·3 地埋管連接方式 為了簡化系統連接方式,設計采用樁基埋管與鉆 孔埋管混合連接的方式。系統設置兩級集分水器,各 個地埋管換熱器通過環路小集管接入二級集分水器, 各二級集分水器通過水平總管接入機房的一級集分水 器。系統共設157個環路,每個環路通過環路小集管 連接10~13個地埋管換熱器,環路中各個埋管換熱器 之間采用同程式連接。系統共設8個檢查井,每個檢 查井中的兩組二級分、集水器分別接入9~11個環路, 連接二級集分水器的水平總管通過管溝接入動力 機房。 2·3·4 其他 地埋管系統是位于地面以下的隱蔽工程,系統內 地埋管內水的流速較低,有可能出現管內U形彎頂部 等位置集氣無法排出的情況,影響系統的換熱效果。 因此本工程設計選用真空排氣裝置,有效排出管內的 集氣。 3 結語 武昌站土壤源換熱器設計的規模、難度以及施工 的難度是鐵路行業內乃至國內同類項目中少有的。文 章對系統設計形式和方法等設計人員關心的熱點問題 進行了介紹和歸納,以期為同類型項目的設計提供良 好的借鑒和有益的參考。 參考文獻: [1] GB50366—2005,地源熱泵系統工程技術規范[S]. [2] GB50189—2005,公共建筑節能設計標準[S]. [3] 陸耀慶.實用供熱空調設計手冊[M].北京:中國建筑工業出版 社,1993. [4] 中國建筑標準設計研究所、建設部工程質量安全監督與行業發展 司.全國民用建筑工程技術設計措施(暖通空調、動力)[S].北 京:中國計劃出版社,2003. 
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