伴随着我国轨道交通的快速发展,地铁长期运营、车站空调运转、照明设备开启以及人员活动均会产生热量,造成区间隧道内过热问题严重。国内外学者采取了多种手段去除或回收地铁废热,包括运用机械通风降低隧道内温度、应用空气源热泵和地源热泵技术回收隧道废热为地上建筑供暖等。针对上述问题,本课题组结合毛细管网换热器的相关研究,提出了地铁源热泵系统。冬季从隧道取热为地上建筑供暖;经冬季取热后,围岩温度降低,可进行跨季节蓄冷。进入夏季,较低温度的围岩可以吸收地铁隧道空气中的热量,如有余量,可承担地上建筑空调系统的释热量。但是在系统实际运行过程中,由于气候条件和建筑负荷特性的不同,会存在隧道围岩冷热不平衡的问题。因此本文针对这一现象,以青岛市某示范工程为例,搭建以毛细管网为前端换热器的地铁源复合式热泵系统,在TRNSYS中建立仿真模型,提出夏季三种运行策略并分别进行动态模拟,并对不同策略下的围岩温度场和机组能效比进行分析。本文首先根据建筑负荷特性,对地上建筑进行De ST建模,得出实际工程地铁源复合式热泵系统所能承担的动态负荷。利用TRNSYS毛细管网前端换热器模块,将冬季典型日实验所得实测值与模拟值进行对比分析,结果用户侧供水温度相对误差在7%以内;回水温度相对误差在10%以内;机组COP值相对误差在10%以内,证明了本文TRNSYS模拟采用的毛细管网前端换热器模块数学模型准确性可满足工程分析要求。利用TRNSYS建立地铁源复合式热泵系统仿真模拟平台,探究其运行时青岛地区隧道围岩温度场的变化规律,其中隧道围岩初始温度为14.60℃。当地铁源热泵系统单独运行1年后围岩表面温度均值升至21.69℃,运行5年后围岩表面温度均值升至22.45℃;而10m深处围岩温度均值分别升至15.11℃和19.31℃。可以看出越靠近围岩表面年温度波动范围越大,且由于地下建筑传热存在滞后性,越深处围岩随着系统运行时间的增加,温升现象显著。说明,夏季向围岩释热量对围岩产生不利影响,地下冷热不平衡现象加重。制定三种控制方案,分别为地铁源热泵机组承担冬季全部负荷,夏季承担机组额定制冷量的20%、50%、80%,其余冷量由“冷水机组+冷却塔”提供,将三种方案与地铁源热泵系统单独运行1年进行对比分析,分析四种情况下隧道围岩温度场和机组COP变化。其中当地铁源热泵系统单独运行1年后,围岩表面温度均值升高7.09℃,而复合系统三种方案下围岩表面温度均值分别升高5.9℃、6.5℃和7.0℃;热泵机组夏季COP均值为4.285,而复合系统三种方案下热泵机组夏季COP均值分别为4.432、4.386、4.323。综上所述,可以说明在单一地铁源热泵系统的基础上加入辅助散热的冷却塔后,隧道内热堆积情况得到了一定程度的缓解且机组夏季COP值小幅度提高,有利于地铁源复合式热泵系统长期、高效、稳定运行。