[00715705]地铁废热综合利用技术
联系人：柯安星
所在地：福建厦门市
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技术详细介绍
一、所属领域
新能源
二、技术或产品名称
地铁废热综合利用技术
三、技术水平
国际领先
四、技术简介
随着国民经济持续高速发展，城市化进程同步加快，传统的地面交通已难以满足城市客运需求。地铁因其不占地上空间、运输量大、运行速度快、环保节能、方便舒适、准时等优势，成为解决城市道路交通问题的首选。
地铁在运行过程中会大量产热，来源包括活塞风、列车运行、机车空调、隧道内人员、机电照明、设备产热等。随着地铁运行时间的累计，大量废热被储存于隧道围岩中，导致其温度逐年升高。大量实践表明，该“热堆积”将对地铁系统的正常、安全、高效的运行产生不利影响，因此，对地铁隧道热环境的控制尤为重要。
目前常用的解决方法包括：通风降温法、空调降温法、喷雾法、融冰降温法、喷涂隔热材料降温法等。上述方法中通风降温法与空调降温法需额外消耗大量的能量，存在“热量抵消”；喷雾法与融冰降温法虽然能量消耗较少， 但降温效果有限；喷涂隔热材料降温法为被动式降温方法，不能从根本上解决问题。
本团队在充分考虑上述降温方法利弊的基础上，通过岩土工程、隧道工程、暖通工程和生物工程等多学科交叉，创造性的提出了一种以毛细管为前端换热器的地铁隧道环境控制技术。不同于传统的空调技术，该技术将毛细
管换热器埋设于地铁围岩中作为前端换热器使用，由于其具有占地面积小，
抗弯折，承压高等特点，可方便灵活的与地铁施工相结合。此外，与传统地埋管换热器相比，本技术采用的毛细管换热器具有单位面积换热量大的特点， 可快速的吸收围岩中的废热。将毛细管前端换热器与热泵技术相结合，进而形成地铁源热泵系统，该系统将地铁废热品位提升后，可进一步用于地上建筑的供热。此外，通过合理的配置末端冷热用户，并制定相应系统全年运行策略，可实现地铁围岩全年冷热平衡，进而彻底解决地铁在长期（100 年） 运行过程中的“热堆积”问题，实现地铁的可持续高效安全运行。
目前，该技术已应用于青岛地铁灵山卫站示范工程，整个示范工程将于2018 年 6 月投入运行。该项地铁废热源综合利用技术，“青岛晚报”、“掌上青岛”、“青网”、“青岛理工大学官网”等媒体均有报道。
五、创新点及性能指标
创新点如下：
（1）“技术崭新”。该技术结合岩土工程、隧道工程、暖通工程、生物工程等多学科特点，创造性的将毛细管换热器与热泵技术相结合，将毛细管作为前端换热器埋设于地铁隧道围岩中，利用热泵技术进行隧道围岩温度的控制，进而控制隧道内的热环境，是一项崭新的节能技术，在国际、国内尚属空白。
（2）“变废为宝”。该技术以地铁隧道废热为热源，通过热泵技术提升其品味后用于地上建筑的供热，即解决了地铁隧道“热堆积”问题，又为地铁沿线建筑提供了热量，实现了能量的高效利用，具有显著的节能减排效益。
（3）“安全高效”。由于地铁隧道位于地下恒温层内，其全年温度波动 非常小，是天然的稳定的热源，且由于地铁隧道废热的存在，其热品味较传统地热高。该技术将毛细管前端换热器埋设于地铁隧道围岩中，热泵系统源侧蒸发温度相对稳定，显著的提高了系统冬季运行性能。实测显示，系统冬季系统的COP 值可以达到 4。0 以上。
六、知识产权情况
1）ZL 201510168428。1 ，地铁降温同时地面供热的综合热泵系统
2）ZL 201310629223。X ，一种应用于地铁隧道中的毛细管土壤源热泵系统
3）ZL 201120030355。7 ，一种小型化高精度土壤导热系数现场测试仪
4）ZL 201520214786。7 ，一种应用于建筑供暖的热泵加热系统
5）ZL 201520206514。2 ，一种用于地铁隧道内毛细管壁面换热器
6）ZL 201520202317。3 ，一种利用薄壳换热器的地铁废热回收系统
7）ZL 201320782573。5 ，一种采用毛细管前端换热的热泵空调系统
除上述专利外，仍有大量相关专利在申请中，包括 5 项发明专利及 1 项
PCT 国际发明专利（进入三个国家）。
七、合作方式
技术服务
八、投资概算及经济效益分析
以中等规模项目（10 万平米建筑园区）为例，该系统初投资约为 180 元
新能源
二、技术或产品名称
地铁废热综合利用技术
三、技术水平
国际领先
四、技术简介
随着国民经济持续高速发展，城市化进程同步加快，传统的地面交通已难以满足城市客运需求。地铁因其不占地上空间、运输量大、运行速度快、环保节能、方便舒适、准时等优势，成为解决城市道路交通问题的首选。
地铁在运行过程中会大量产热，来源包括活塞风、列车运行、机车空调、隧道内人员、机电照明、设备产热等。随着地铁运行时间的累计，大量废热被储存于隧道围岩中，导致其温度逐年升高。大量实践表明，该“热堆积”将对地铁系统的正常、安全、高效的运行产生不利影响，因此，对地铁隧道热环境的控制尤为重要。
目前常用的解决方法包括：通风降温法、空调降温法、喷雾法、融冰降温法、喷涂隔热材料降温法等。上述方法中通风降温法与空调降温法需额外消耗大量的能量，存在“热量抵消”；喷雾法与融冰降温法虽然能量消耗较少， 但降温效果有限；喷涂隔热材料降温法为被动式降温方法，不能从根本上解决问题。
本团队在充分考虑上述降温方法利弊的基础上，通过岩土工程、隧道工程、暖通工程和生物工程等多学科交叉，创造性的提出了一种以毛细管为前端换热器的地铁隧道环境控制技术。不同于传统的空调技术，该技术将毛细
管换热器埋设于地铁围岩中作为前端换热器使用，由于其具有占地面积小，
抗弯折，承压高等特点，可方便灵活的与地铁施工相结合。此外，与传统地埋管换热器相比，本技术采用的毛细管换热器具有单位面积换热量大的特点， 可快速的吸收围岩中的废热。将毛细管前端换热器与热泵技术相结合，进而形成地铁源热泵系统，该系统将地铁废热品位提升后，可进一步用于地上建筑的供热。此外，通过合理的配置末端冷热用户，并制定相应系统全年运行策略，可实现地铁围岩全年冷热平衡，进而彻底解决地铁在长期（100 年） 运行过程中的“热堆积”问题，实现地铁的可持续高效安全运行。
目前，该技术已应用于青岛地铁灵山卫站示范工程，整个示范工程将于2018 年 6 月投入运行。该项地铁废热源综合利用技术，“青岛晚报”、“掌上青岛”、“青网”、“青岛理工大学官网”等媒体均有报道。
五、创新点及性能指标
创新点如下：
（1）“技术崭新”。该技术结合岩土工程、隧道工程、暖通工程、生物工程等多学科特点，创造性的将毛细管换热器与热泵技术相结合，将毛细管作为前端换热器埋设于地铁隧道围岩中，利用热泵技术进行隧道围岩温度的控制，进而控制隧道内的热环境，是一项崭新的节能技术，在国际、国内尚属空白。
（2）“变废为宝”。该技术以地铁隧道废热为热源，通过热泵技术提升其品味后用于地上建筑的供热，即解决了地铁隧道“热堆积”问题，又为地铁沿线建筑提供了热量，实现了能量的高效利用，具有显著的节能减排效益。
（3）“安全高效”。由于地铁隧道位于地下恒温层内，其全年温度波动 非常小，是天然的稳定的热源，且由于地铁隧道废热的存在，其热品味较传统地热高。该技术将毛细管前端换热器埋设于地铁隧道围岩中，热泵系统源侧蒸发温度相对稳定，显著的提高了系统冬季运行性能。实测显示，系统冬季系统的COP 值可以达到 4。0 以上。
六、知识产权情况
1）ZL 201510168428。1 ，地铁降温同时地面供热的综合热泵系统
2）ZL 201310629223。X ，一种应用于地铁隧道中的毛细管土壤源热泵系统
3）ZL 201120030355。7 ，一种小型化高精度土壤导热系数现场测试仪
4）ZL 201520214786。7 ，一种应用于建筑供暖的热泵加热系统
5）ZL 201520206514。2 ，一种用于地铁隧道内毛细管壁面换热器
6）ZL 201520202317。3 ，一种利用薄壳换热器的地铁废热回收系统
7）ZL 201320782573。5 ，一种采用毛细管前端换热的热泵空调系统
除上述专利外，仍有大量相关专利在申请中，包括 5 项发明专利及 1 项
PCT 国际发明专利（进入三个国家）。
七、合作方式
技术服务
八、投资概算及经济效益分析
以中等规模项目（10 万平米建筑园区）为例，该系统初投资约为 180 元
/m2，供热运行费用约为 18。6 元/m2，供冷运行费用约为 8。5 元/m2。与传统能源方案——燃气锅炉 冷水机组系统相比，该系统一机两用，能显著的降低设备初投资，动态追加投资回收期为 3-5 年。
图 1 毛细管前端换热器基本形式
