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中纬度河谷型城市地下铁道地源热泵技术应用研究
| 论文题名： | 中纬度河谷型城市地下铁道地源热泵技术应用研究 |
| 关键词： | 城市地下铁道;地源热泵;负荷计算;TRNSYSTRNBuild软件 |
| 摘要： | 城市轨道交通系统具有运载量大、运输速度快、污染较小等特点，在近年来得到了快速发展。截至2016年末，我国城市轨道交通的总运营线路已经达到4152.8公里，其中地铁为3168.7公里，占总运营线路的76.3％。随着地铁线路长度逐年增长，其总能耗也逐年增加。目前，较世界平均水平，我国的人均能源占有量明显偏低，在今后的发展中势必会消耗更多的能源，而能源供给不足将会制约我国的经济发展。在地铁能耗组成中，牵引地铁车辆运行的耗电量占主要部分，其次是环控空调系统运行的耗电量，约占总耗电量的30％左右，具有很大的节能潜力。地源热泵系统是通过利用少量的电能将低位热能从土壤、地下水或地表水中转移至高位热能的热泵空调系统。若在地铁车站环控空调系统中使用地源热泵系统，将产生显著的环境效益和经济效益。 本文选择位于典型的中纬度河谷型城市的兰州轨道交通1号线的地铁车站A作为研究对象，讨论了地铁车站A公共区通风空调系统的负荷组成和计算方法，利用TRNSYSTRNBuild软件建立负荷计算模型，计算其在远期（2041年）制冷季的逐时冷负荷。地铁车站公共区通风空调具有仅在夏季单季节制冷、冬季无需供热的特点。同时，由于兰州市是一座黄河穿城而过的中纬度河谷型城市，轨道交通1号线沿黄河呈东西向横贯中心城区。本文根据上述特点，选取黄河水作为地源热泵系统的低位热源，利用板式换热器与黄河水进行热量交换，采用水源热泵螺杆式冷水机组，建立了制冷季运行的黄河水源热泵系统。 本文根据拟定的黄河水源热泵系统的设备参数，利用TRNSYS Simulation Studio进行系统模拟，详细分析了板式换热器黄河水源侧、水源热泵螺杆式冷水机组侧的冷却水水温变化，以及地铁车站（负荷）侧的冷冻水水温变化情况。根据热泵系统的模拟运行结果，确定了黄河水源热泵系统和水源热泵螺杆式冷水机组的能效比变化和逐时耗电量。最后，将黄河水源热泵系统与土壤源热泵系统、冷却塔-冷水机组进行经济和环境效益对比分析，计算三者的初期投资、后续运行费用、相对回收期、热经济学成本以及运行过程中的污染物排放量。根据计算结果，黄河水源热泵系统无论在经济效益还是环境效益上都具有显著的优势。通过本文的研究与分析，为黄河水源热泵系统应用于中纬度河谷型城市地铁车站提供了技术支持与案例。 |
| 作者： | 陈霄汉 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 王旭 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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