摘 要：為提高地下地鐵車站的負(fù)荷計算精度，解決能源地下車站的地埋管換熱量設(shè)計問題，以大連地鐵4號線地下地鐵車站為研究對象，采用3種負(fù)荷計算（DeST模擬、規(guī)范算法、逐時算法）方法計算地下車站全年負(fù)荷，并分析討論地下車站設(shè)備管理用房區(qū)的全年負(fù)荷特征，進一步確定能源地下車站地埋管換熱量。結(jié)果表明：地鐵車站能源需求具有明顯的逐時波動性和環(huán)境參數(shù)相關(guān)性，通過逐時負(fù)荷計算方法獲得的全年總負(fù)荷較規(guī)范算法和DeST模擬結(jié)果的精確度可提高約1倍；不同功能用房負(fù)荷差異較大，辦公用房的供熱需求大于制冷需求，設(shè)備用房和變電所用房全年無需供熱，且變電所用房的冷負(fù)荷遠(yuǎn)大于設(shè)備用房；逐時算法得到的換熱量可準(zhǔn)確反映全年換熱需求，其地埋管換熱量的不均衡率高達7.14。

關(guān)鍵詞：地鐵車站；地下傳熱；地源熱泵；地埋管換熱量；設(shè)備管理用房

中圖分類號：TK529" " " " " " " " " " " " " 文獻標(biāo)志碼：A

0 引 言

地鐵車站環(huán)控系統(tǒng)的能耗在地鐵運行總能耗中的占比高達30%～50%［1］，具有較大的節(jié)能潛力。通過地源熱泵利用淺層地?zé)崮軐崿F(xiàn)地下車站制冷和供暖需求的地下車站綠色建造技術(shù)（即能源地下車站技術(shù)）得到業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注［2-3］。準(zhǔn)確計算地埋管換熱量是系統(tǒng)設(shè)計的核心，對于降低車站能耗、系統(tǒng)設(shè)計和管理意義重大。

不同于商業(yè)高層等地表建筑，地下建筑相對隱蔽且具有受太陽輻射影響較小、通風(fēng)需求較大、室內(nèi)熱量大等特性。目前針對地下建筑負(fù)荷計算的研究相對較少，計算精度相對不足。文獻［4］通過現(xiàn)場監(jiān)測分析不同通風(fēng)條件下地鐵車站實際運行負(fù)荷，表明實際運行負(fù)荷僅為設(shè)計負(fù)荷的50%。文獻［5］采用不同的機器學(xué)習(xí)方法預(yù)測車站商業(yè)公共區(qū)的短期空調(diào)負(fù)荷，發(fā)現(xiàn)聚類-神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的預(yù)測精度最高。文獻［6］計算不同客流量條件下考慮滲風(fēng)負(fù)荷的環(huán)控負(fù)荷，并對系統(tǒng)運行策略進行優(yōu)化。文獻［7］中上海地鐵的現(xiàn)場調(diào)研和測試試驗揭示了3種環(huán)控系統(tǒng)（開式、閉式和屏蔽門系統(tǒng)）的負(fù)荷影響因素和特征差異。既有研究主要集中于對地鐵車站商業(yè)公共區(qū)短期負(fù)荷的黑箱預(yù)測，以及地下車站負(fù)荷影響因素分析。缺少對全年動態(tài)負(fù)荷的計算研究，無法體現(xiàn)車站全年環(huán)控負(fù)荷的逐時動態(tài)變化特征。

諸多學(xué)者從地下巖土體傳熱角度開展了系統(tǒng)性的地源熱泵系統(tǒng)地埋管（換熱井、能量樁、能源隧道等）換熱量評估研究，除了傳統(tǒng)的線熱源模型、空心圓柱熱源模型、圓柱熱源模型等解析模型［8］外，還有G函數(shù)［9］、熱阻模型等半解析模型；并且評價了地下水滲流、熱干擾、埋管形式、巖土材料等因素［10-11］對地埋管換熱量的影響。文獻［12］利用G函數(shù)模擬了美國3種氣候條件地源熱泵系統(tǒng)地埋管的換熱性能。上述研究多是建立在特定室內(nèi)負(fù)荷（入口溫度）的前提下開展，單純地評估了理想條件下埋管換熱器的換熱性能。然而，僅有特定條件下的換熱性能還不能滿足地源熱泵的系統(tǒng)設(shè)計。地源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計往往需要先評估室內(nèi)負(fù)荷需求，根據(jù)室內(nèi)負(fù)荷特征進而確定埋管換熱器的設(shè)計和控制。

因此，本文采用3種不同負(fù)荷方法計算地下車站的全年環(huán)控負(fù)荷，討論地下車站不同類型房間的全年負(fù)荷特征，并在此基礎(chǔ)上計算能源地下車站埋管換熱器的換熱量。分析對比3種負(fù)荷計算方法在能源地下車站地埋管換熱量計算方面的差異，討論地下車站負(fù)荷特征對能源地下車站地埋管換熱量的影響。

1 依托工程概況

1.1 環(huán)控分區(qū)

以大連地鐵4號線某地下車站為研究對象，該站由站臺層和站廳層構(gòu)成，總建筑面積約為11359 m2，其中站廳層面積為5666 m2，高4.9 m，站臺層面積為5693 m2，高5.1 m。根據(jù)車站內(nèi)各房間的設(shè)計功能，將車站的環(huán)控分區(qū)分為4部分：地鐵車站公共區(qū)（3883 m2）、管理用房區(qū)（320 m2）、設(shè)備用房區(qū)（其中左側(cè)約241 m2、右側(cè)約397 m2）和變電所分區(qū)（373 m2），如圖１所示。

1.2 環(huán)控負(fù)荷組成

為了便于地鐵車站的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計與管理，通常將地鐵車站分為商業(yè)公共區(qū)和設(shè)備管理用房區(qū)兩個環(huán)控系統(tǒng)（即環(huán)控大系統(tǒng)和環(huán)控小系統(tǒng)）［13］。根據(jù)各房間的功能差異，環(huán)控小系統(tǒng)又可被細(xì)分為管理用房分區(qū)、設(shè)備用房區(qū)、變電所分區(qū)3個分區(qū)。小系統(tǒng)空調(diào)負(fù)荷主要由人員負(fù)荷、圍擋結(jié)構(gòu)負(fù)荷、照明負(fù)荷、新風(fēng)負(fù)荷、風(fēng)機溫升、設(shè)備負(fù)荷［13］6部分構(gòu)成，如圖2所示。由于圍擋結(jié)構(gòu)傳熱過程的復(fù)雜性和巖土體綜合換熱系數(shù)的不確定性，實際工程中發(fā)現(xiàn)很難準(zhǔn)確計算圍擋結(jié)構(gòu)負(fù)荷［14］，常采用經(jīng)驗值估算，且其他專業(yè)提供的設(shè)備散熱量均大于實際運行時的散熱量，因此假設(shè)其他專業(yè)提供的設(shè)備散熱富余量近似于圍擋結(jié)構(gòu)散熱負(fù)荷。該假設(shè)不僅達到了簡化圍擋結(jié)構(gòu)負(fù)荷計算模型的效果，而且極大降低了模型簡化對車站總負(fù)荷的影響。

2 車站環(huán)控負(fù)荷計算方法

2.1 規(guī)范空調(diào)負(fù)荷算法

根據(jù)《城市軌道交通通風(fēng)空氣調(diào)節(jié)與供暖設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 51357—2019）［15］和《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》（GB 50736—2012）［16］規(guī)定，地下車站室內(nèi)外空氣計算參數(shù)如表1和表2所示。

2.2 DeST空調(diào)負(fù)荷算法

DeST通過狀態(tài)空間法建立建筑的動態(tài)熱過程模型，認(rèn)為建筑的熱過程主要由外擾的圍護結(jié)構(gòu)傳熱過程、內(nèi)擾的熱傳遞過程、通風(fēng)以及空調(diào)熱量4部分構(gòu)成［17］。

2.3 逐時負(fù)荷算法

在規(guī)范計算方法的基礎(chǔ)上，考慮設(shè)備管理用房內(nèi)人員、照明、設(shè)備等熱擾的作息變化以及室外環(huán)境的變化，引入熱擾作息系數(shù)，其取值參考孔綱強等［18］的研究（圖3a）、典型氣象年的全年逐時室外環(huán)境計算參數(shù)取值可參考國家氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)（http：//data.cma.cn）。同時，結(jié)合規(guī)范中的室內(nèi)空氣計算參數(shù)，通過線性插值確定逐時室內(nèi)空氣計算參數(shù)的設(shè)計值（圖3b）。此外，為了準(zhǔn)確計算新風(fēng)負(fù)荷，需考慮不同功能用房的通風(fēng)方式差異［19］，因此各分區(qū)的新風(fēng)逐時負(fù)荷計算方法將隨著通風(fēng)方式的不同存在差異［20］。

設(shè)備用房分區(qū)常采用回風(fēng)式系統(tǒng)進行室內(nèi)通風(fēng)，該通風(fēng)方式將設(shè)備用房分區(qū)房間視為整體，各房間的新風(fēng)量需按照一定比例進行迭代確定，從而得到設(shè)備用房分區(qū)內(nèi)各房間的新風(fēng)負(fù)荷[Qsf]，最終獲得各設(shè)備房間的負(fù)荷[Qi]（圖4）［18］。

本文采用的地下車站負(fù)荷計算方法對比見表3。

3 結(jié)果與討論

3.1 車站設(shè)備管理區(qū)全年逐時環(huán)控負(fù)荷

圖5為地鐵車站設(shè)備管理區(qū)（車站環(huán)控小系統(tǒng)）的全年逐時負(fù)荷，表現(xiàn)出明顯的逐時波動性、環(huán)境溫度相關(guān)性。由圖5可知，車站環(huán)控小系統(tǒng)的逐時負(fù)荷隨環(huán)境溫度的變化而波動，并非常年恒定。依據(jù)規(guī)范中的負(fù)荷計算方法算出夏季冷負(fù)荷為473.15 kW，冬季熱負(fù)荷為56.90 kW。將逐時算法與規(guī)范算法計算結(jié)果進行對比發(fā)現(xiàn)，逐時算法的負(fù)荷結(jié)果基本在規(guī)范計算的冷/熱負(fù)荷范圍內(nèi)波動，由于規(guī)范中的室外空氣計算參數(shù)和逐時算法中環(huán)境空氣計算參數(shù)之間的差異，造成部分極端環(huán)境條件下的逐時負(fù)荷溢出現(xiàn)象，但并不影響該計算方法的合理性。同時發(fā)現(xiàn)DeST模擬結(jié)果與規(guī)范負(fù)荷結(jié)果偏差較大，嚴(yán)重低估了車站設(shè)備管理區(qū)的夏季冷負(fù)荷情況，其原因主要有：1）根據(jù)趙鵬等［14］的室內(nèi)模型試驗發(fā)現(xiàn)車站圍護結(jié)構(gòu)傳熱過程較為復(fù)雜且圍護結(jié)構(gòu)傳熱參數(shù)差異性較大，而DeST模型中圍護結(jié)構(gòu)的傳熱方程難以準(zhǔn)確反映地下建筑圍護結(jié)構(gòu)的傳熱過程；2）不同功能用房通風(fēng)方式的差異，導(dǎo)致設(shè)備用房的新風(fēng)負(fù)荷誤差較大，最終表現(xiàn)出車站逐時負(fù)荷在過渡季出現(xiàn)不合理的突變現(xiàn)象［18］。通過3種環(huán)控負(fù)荷算法的對比發(fā)現(xiàn)，相較DeST的負(fù)荷模擬結(jié)果，逐時負(fù)荷結(jié)果與規(guī)范負(fù)荷結(jié)果誤差更小，表明逐時負(fù)荷算法既可反映負(fù)荷的波動性又能保證計算結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性。此外，逐時算法計算的全年熱負(fù)荷是其他兩種算法的2.4～2.8倍，全年冷負(fù)荷是其他兩種算法的2.0～2.3倍。

由于逐時負(fù)荷計算結(jié)果以及DeST負(fù)荷模擬結(jié)果的逐時波動性，取這兩種算法的峰值負(fù)荷與規(guī)范算法的負(fù)荷結(jié)果分析各房間的負(fù)荷情況，分析結(jié)果如圖6所示。由圖6a可知：

1）受房間空間和室內(nèi)發(fā)熱量的影響，各房間冷負(fù)荷差異較大，且辦公用房冷負(fù)荷普遍較低、變電所用房冷負(fù)荷較高；2）小系統(tǒng)的平均冷負(fù)荷指標(biāo)為358.31～394.14 W/m2。各分區(qū)房間內(nèi)的冷負(fù)荷指標(biāo)差異較大，辦公用房的冷負(fù)荷指標(biāo)范圍為150～200 W/m2，變電所用房和部分設(shè)備房間由于設(shè)備產(chǎn)熱量較大，其冷負(fù)荷指標(biāo)最高可達1283.78 W/m2。

圖6b為各辦公用房的冬季熱負(fù)荷情況，發(fā)現(xiàn)逐時算法的熱負(fù)荷結(jié)果與規(guī)范算法的熱負(fù)荷結(jié)果相近，基本可反映計算方法的合理性和有效性。此外，發(fā)現(xiàn)各房間的冬季逐時熱負(fù)荷約為4 kW，除少數(shù)房間外，大部分房間的熱負(fù)荷指標(biāo)為150～170 W/m2。但DeST模型計算出的負(fù)荷結(jié)果與其他兩種方法的結(jié)果相差較大，主要與DeST計算結(jié)果的瞬時波動性有關(guān)，具體內(nèi)容將在后文展開詳細(xì)闡述。

3.2 不同功能用房逐時負(fù)荷特征

3.2.1 辦公用房逐時負(fù)荷

選取母嬰室為代表房間分析辦公用房逐時熱環(huán)境特征，其結(jié)果如圖7a和圖7b所示。發(fā)現(xiàn)辦公用房的冬季逐時熱負(fù)荷大于夏季逐時冷負(fù)荷，且熱負(fù)荷的時長大于冷負(fù)荷的時長，表明辦公用房的供暖需求大于制冷需求。由圖7可知，逐時算法的冬季熱負(fù)荷結(jié)果波動下限基本等于規(guī)范算法的熱負(fù)荷結(jié)果（1.79 kW），而夏季冷負(fù)荷波動上限基本等于規(guī)范算法的冷負(fù)荷結(jié)果（1.40 kW）。DeST計算的瞬時熱負(fù)荷和瞬時冷負(fù)荷波動性很大，甚至造成計算結(jié)果失真。若以該瞬時負(fù)荷的峰值與規(guī)范計算結(jié)果進行對比，明顯存在較大偏差，因此造成圖6b中DeST的熱負(fù)荷和熱負(fù)荷指標(biāo)過大的現(xiàn)象。根據(jù)該房間的瞬時負(fù)荷結(jié)果可發(fā)現(xiàn)，逐時負(fù)荷算法的結(jié)果可較好地反映逐時負(fù)荷與室外空氣狀態(tài)的相關(guān)性以及瞬時波動性。而規(guī)范算法只能計算人為規(guī)定的供熱季（11月5日—4月5日）或制冷季（6月15日—9月15日）負(fù)荷情況，且計算結(jié)果恒定不變，無法計算過渡季負(fù)荷情況。DeST計算結(jié)果波動性較大，對實際工程的指導(dǎo)意義欠佳，不利于工程應(yīng)用中的推廣。

3.2.2 設(shè)備用房逐時負(fù)荷特征

選取綜合監(jiān)控設(shè)備室為代表房間分析設(shè)備用房逐時熱環(huán)境特征（圖7c），設(shè)備用房的全年逐時負(fù)荷與管理用房的全年逐時負(fù)荷存在明顯差異。不同于對室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)要求較高的管理用房、民用住宅或商業(yè)用房等，冬季需進行供暖以滿足環(huán)境舒適性。設(shè)備用房全年僅存在冷負(fù)荷，表明全年均需進行適當(dāng)?shù)闹评洌緹o需供熱，其原因與設(shè)備用房的設(shè)備散熱有關(guān)。3種計算方法的冷負(fù)荷結(jié)果如圖7c所示，逐時算法以及DeST模擬的逐時冷負(fù)荷波動峰值基本等于規(guī)范算法的冷負(fù)荷結(jié)果（16.18 kW）。相較其他兩種計算方法的冷負(fù)荷結(jié)果，逐時算法的計算結(jié)果最能反映設(shè)備用房逐時冷負(fù)荷特征，一方面可反映出設(shè)備房間全年無需供暖的特殊負(fù)荷特征（即全年均以冷負(fù)荷為主），另一方面可計算出過渡季和供暖季的逐時冷負(fù)荷情況。若冬季仍按照規(guī)范計算出的冷負(fù)荷進行室內(nèi)空氣調(diào)節(jié)，顯然將產(chǎn)生較大的建筑能耗。

根據(jù)關(guān)博文等［20］研究發(fā)現(xiàn)車站空調(diào)負(fù)荷與通風(fēng)量產(chǎn)生的新風(fēng)負(fù)荷有密切關(guān)系，而DeST計算地下建筑負(fù)荷時，無法詳細(xì)考慮通風(fēng)方式的差異，建筑內(nèi)各房間采用的通風(fēng)方式一致，僅受通風(fēng)次數(shù)的影響。新風(fēng)負(fù)荷計算不夠精細(xì)和準(zhǔn)確，造成非空調(diào)季無環(huán)控負(fù)荷的現(xiàn)象，導(dǎo)致車站全年負(fù)荷在過渡季出現(xiàn)突變（如圖5所示）。

3.2.3 變電所逐時負(fù)荷特征

選取交配電室為代表房間分析變電所用房逐時熱環(huán)境特征，重點分析非制冷季（非夏季）的逐時負(fù)荷特征（圖7d）。變電所用房的非制冷季逐時負(fù)荷仍保持較高的冷負(fù)荷，且制冷需求遠(yuǎn)高于設(shè)備用房，全年均需進行制冷降溫，使室內(nèi)溫度降至人體可接受的范圍內(nèi)。逐時算法的逐時冷負(fù)荷波動峰值基本等于規(guī)范算法的冷負(fù)荷結(jié)果（47.78 kW），但按照規(guī)范計算出的逐時負(fù)荷保持恒定不變，不利于室內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)的動態(tài)運行調(diào)節(jié)，本文的逐時負(fù)荷結(jié)果會隨環(huán)境狀態(tài)的變化做出動態(tài)響應(yīng)。

綜上分析，如果按照規(guī)范計算出的冷負(fù)荷進行車站室內(nèi)空氣調(diào)節(jié)將產(chǎn)生較大的建筑能耗，帶來不必要的供電壓力。而DeST計算方法雖然一定程度上可反映出瞬時負(fù)荷的波動性，但不太適用于地下地鐵車站這種特殊的地下建筑環(huán)控系統(tǒng)。相比規(guī)范算法和DeST模擬結(jié)果，逐時負(fù)荷計算方法最能反映車站內(nèi)各房間的逐時冷負(fù)荷特征，可提高計算精度20%。此外，既可反映出瞬時負(fù)荷的環(huán)境溫度相關(guān)性及瞬時波動性，也可計算出特殊用房在過渡季和供暖季的逐時冷負(fù)荷。

3.3 地埋管換熱量

根據(jù)車站逐時峰值負(fù)荷可確定地埋管的逐時最大換熱量。此外，地?zé)崞胶庵苯佑绊懩茉吹叵萝囌緹岜孟到y(tǒng)的耐久性，能量樁、能源隧道等能源地下結(jié)構(gòu)［21］的埋管系統(tǒng)設(shè)計換熱量應(yīng)按照全年動態(tài)負(fù)荷計算。因此，需以自然年為最小計算周期計算全年冷熱交替的換熱量，根據(jù)車站全年負(fù)荷情況及熱泵的能效COP可確定能源地下結(jié)構(gòu)埋管系統(tǒng)的換熱量：

對比3種方法的年換熱量，逐時算法的年換熱量是規(guī)范算法和DeST算法的約2.1倍，如圖8所示。值得注意的是，規(guī)范算法和DeST算法均由于不同原因造成難以準(zhǔn)確計算過渡季負(fù)荷，導(dǎo)致計算出的地埋管全年換熱量較少。若按該換熱量進行地埋管設(shè)計近似于僅考慮空調(diào)季的環(huán)控負(fù)荷，而非全年換熱量設(shè)計。DeST和規(guī)范算法的辦公區(qū)全年放熱量略大于全年吸熱量，但逐時算法的辦公區(qū)吸/放熱量關(guān)系與之相反。受設(shè)備區(qū)和變電所的負(fù)荷特征控制，服務(wù)于這兩類房間的地埋管均表現(xiàn)出僅存在放熱量的特點，且基于逐時算法的放熱量約為DeST和規(guī)范算法的2～3倍。

此外，由于車站的冷、熱負(fù)荷差異，導(dǎo)致地埋管的放熱量和吸熱量不均。取夏季放熱量和冬季吸熱量的比值為不平衡率，由表4可知，逐時算法的不平衡率最小，由于規(guī)范和DeST方法不能真實反映車站的全年換熱量，得到的不平衡率虛高。地埋管參數(shù)設(shè)計和地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計中不僅需考慮逐時最大換熱量，還需重點解決全年吸熱量和放熱量的不均衡性。由于設(shè)備區(qū)和變電所辦公區(qū)的吸/放熱量關(guān)系，因此結(jié)合能源地下車站全年逐時負(fù)荷特征，在系統(tǒng)設(shè)計中可通過動態(tài)控制地埋管的服務(wù)對象以緩解系統(tǒng)長期運行產(chǎn)生的熱堆積問題。

4 結(jié) 論

1） 對比分析3種不同負(fù)荷計算方法對地下車站環(huán)控負(fù)荷計算的效果，發(fā)現(xiàn)逐時負(fù)荷計算方法在全年負(fù)荷的氣象參數(shù)、熱擾敏感性方面的表現(xiàn)較好，其原因是該方法在既有負(fù)荷計算方法的基礎(chǔ)上，考慮了氣象參數(shù)、室內(nèi)熱擾的波動變化以及不同功能用房通風(fēng)方式差異，且逐時算法的全年總負(fù)荷相較規(guī)范算法和DeST模擬結(jié)果的精確度可提高約1倍。

2） 逐時負(fù)荷方法可反映出不同功能用房之間的負(fù)荷差異。辦公用房冬季（夏季）存在熱（冷）負(fù)荷，且供暖期比制冷期長，熱負(fù)荷大于冷負(fù)荷；設(shè)備用房和變電所用房由于常年的設(shè)備散熱造成冬季也存在冷負(fù)荷，需進行制冷設(shè)計且變電所的逐時冷負(fù)荷遠(yuǎn)大于管理用房的逐時冷負(fù)荷。

3） 根據(jù)車站的全年逐時負(fù)荷準(zhǔn)確計算能源地下結(jié)構(gòu)的地埋管換熱量，有利于室外地埋管參數(shù)設(shè)計。逐時算法的全年換熱量是規(guī)范算法和DeST算法的約2.1倍，且換熱量不平衡率高達7.14，地埋管的放、吸熱不均是系統(tǒng)設(shè)計中需解決的問題，以減少熱堆積問題對系統(tǒng)性能的影響。

符號表

[Qrt] 人員總負(fù)荷，kW

[qx] 顯熱量，kW

[qq] 潛熱量，kW

[Nr] 人數(shù)

[Cr] 人員作息系數(shù)

[Qsb] 設(shè)備總負(fù)荷，kW

[qsb] 設(shè)備散熱負(fù)荷，kW

[Csb] 設(shè)備作息系數(shù)

[Qzm] 照明總負(fù)荷，kW

[qzm] 單位面積照明負(fù)荷，kW/m2

[Czm] 照明作息系數(shù)

[Lsf] 單位送風(fēng)體積，m3/h

[Nsf] 單位小時送風(fēng)次數(shù)，次/h

[S] 建筑面積，m2

[H] 建筑凈高，m

[Qfj] 風(fēng)機溫升負(fù)荷，kW

[ΔT] 風(fēng)機溫升，℃

[ρa] 空氣密度，kg/m3

[Msf] 新風(fēng)質(zhì)量，kg/s

[Qsf] 新風(fēng)負(fù)荷，kW

[h0] 夏季空調(diào)室外環(huán)境焓值

[hR] 夏季空調(diào)室內(nèi)焓值

[Qid] 各房間冷負(fù)荷（除新風(fēng)），kW

[h1] 混風(fēng)與送風(fēng)間焓差，kJ/kg

[ri] 各房間總風(fēng)量比值

[Mi0] 各房間除新風(fēng)負(fù)荷計算空調(diào)風(fēng)量，m3/h

[Mp] 試算房間總風(fēng)量，m3/h

[Mip] 預(yù)測各房間總風(fēng)量，m3/h

[Misf] 預(yù)測各房間新風(fēng)量，m3/h

[Qisf] 預(yù)測各房間新風(fēng)負(fù)荷，kW

[Mia] 預(yù)測各房間空調(diào)總風(fēng)量，m3/h

[Ma] 回風(fēng)系統(tǒng)空調(diào)總風(fēng)量，m3/h

[h2] 室外點與送風(fēng)點間焓差，kJ/kg

[Qc] 土壤放熱量，kWh

[Q0] 全年冷負(fù)荷，kWh

[Qh] 土壤吸熱量，kWh

[Q1] 全年熱負(fù)荷，kWh

[P] 熱泵能效系數(shù)COP，可取4.2

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HEAT TRANSFER QUANTITY CALCULATION OF GROUND HEAT EXCHANGER CONSIDERING LOAD CHARACTERISTICS OF

ENERGY UNDERGROUND STATIONS

Hu Shuaijun1，Kong Gangqiang1，Zhong Guo2，Wang Zhongtao3，Dai Guohao1，Yang Qing3

（1. Key Laboratory of Ministry of Education for Geomechanics and Embankment Engineering， Hohai University， Nanjing 210098， China；

2. Dalian Metro Group Co. ， Ltd. ， Dalian 116021， China；

3. State Key Laboratory of Coastal and Offshore Engineering， Dalian University of Technology， Dalian 116024， China）

Abstract： In order to improve the load calculation accuracy of underground subway station and solve the design problem of buried pipe heat transfer in energy underground station， three load calculation methods （DeST simulation， Standard algorithm and Hourly algorithm） were used to calculate the annual load of underground subway stations in Dalian Metro Line 4， and the annual load characteristics of the equipment management housing area were analyzed and discussed. Further determine the heat transfer capacity of underground station ground heat exchanger. The results show that the energy demand of subway stations has obvious hourly fluctuation and correlation with environmental parameters， and the annual load obtained by hourly load calculation method is about twice as accurate as the standard method and DeST simulation. There is a great difference in the load of different rooms. The heating demand of offices is greater than the cooling demand. The equipment rooms and substation rooms need no heating all year round， and the cooling load of substation rooms is more than that of equipment rooms. The heat transfer obtained by the Hourly algorithm method can accurately reflect the annual heat transfer demand， and it is found that the unbalance rate of buried pipe heat transfer is as high as 7.14.

Keywords：subway station； underground heat transfer； geothermal heat pumps； heat exchange quantity； equipment management rooms

收稿日期：2022-05-30

基金項目：國家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年基金項目（51922037）

通信作者：孔綱強（1982—），男，博士、教授，主要從事能源地下結(jié)構(gòu)方面的研究。gqkong1@163.com