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1.内容简介

    能源隧道是一种崭新的地温能开发利用技术，其将传统地埋管地源热泵技术的热交换管路直接植入在隧道初衬与复合式防水板之间或衬砌管片内或隧道内其他部位内，与隧道围岩进行热交换，利用热交换管内的传热循环工质与围岩之间的温差提取隧道围岩中的地温能，经地源热泵提升后，实现隧道附近建筑的供热/制冷服务，并可用于寒区隧道的防冻加热，以及高岩温隧道的冷却降温。能源隧道具有承重和换热双重功能，解决了在城市中推广地源热泵技术的占地和成本高两个主要障碍，比传统空调系统节能30%以上。本专著共七章。第一章绪论，介绍了能源隧道概念及研究现状；第二章隧道围岩热物性原位测试方法；第三章隧道衬砌换热器传热现场试验；第四章隧道衬砌换热器传热模型试验；第五章隧道围岩地温能热传递理论模型及影响分析；第六章隧道衬砌换热器传热数值计算模型及性能分析；第七章能源隧道应用案例，介绍了国外和国内典型工程案例。

    本书可作为隧道与地下工程、暖通工程、岩土与地质工程等专业从事地源热泵系统勘察、设计、施工、测试的技术和科研人员的参考书，也可以作为相关专业研究生学科交叉研究的教材。

2.目录

总序

前言

1绪论1

1.1研究意义1

1.2研究现状及发展趋势3

2隧道围岩热物性原位测试方法8

2.1岩土热响应原位试验8

2.1.1试验原理8

2.1.2试验设备9

2.1.3试验流程12

2.1.4岩土热物性参数计算方法14

2.2预钻孔热探头岩土传热原位测试15

2.2.1预钻孔热探头测试原理15

2.2.2预钻孔热探头测试仪器16

2.2.3预钻孔热探头测试方法19

2.3压入式热探头岩土传热原位测试20

2.3.1压入式热探头测试原理20

2.3.2热导率计算模型21

2.3.3压入式热探头测试方法23

2.3.4现场测试对比分析23

2.4小结24

3隧道衬砌换热器传热现场试验26

3.1隧道贯通前的热响应试验26

3.1.1试验目的26

3.1.2试验仪器及原理26

3.1.3试验方案27

3.1.4试验结果分析28

3.2隧道贯通后的热响应试验31

3.2.1试验方案31

3.2.2试验结果分析33

3.3小结38

4隧道衬砌换热器传热模型试验39

4.1通风和地下水渗流作用下的隧道衬砌热交换器热响应模型试验39

4.1.1试验目的39

4.1.2试验原理39

4.1.3试验仪器39

4.1.4模型试验箱和材料39

4.1.5试验工况42

4.2地下水渗流对隧道衬砌换热器传热的影响43

4.2.1热交换管入口温度与围岩地温的温差对热交换量的影响43

4.2.2地下水渗流对热交换量的影响43

4.2.3地下水渗流对地温的影响45

4.2.4地下水渗流对洞壁温度的影响47

4.2.5热交换管布设形式对换热量的影响48

4.3通风和地下水渗流耦合作用下的隧道衬砌换热器传热特性49

4.3.1通风对出口温度的影响49

4.3.2通风对围岩温度的影响51

4.3.3通风作用下的衬砌与洞内空气耦合传热分析52

4.4小结54

5隧道围岩地温能热传递理论模型及影响分析55

5.1考虑衬砌和隔热层的隧道围岩温度场解析解56

5.1.1传热方程56

5.1.2定解条件57

5.1.3方程求解59

5.2隧道内空气温度场的解析解64

5.2.1年温度幅值的解析解64

5.2.2年平均温度的解析解65

5.3与现有的解析解及隧道温度场监测数据对比验证66

5.3.1与张耀解析解及监测值对比67

5.3.2与Takumi解析解及监测值对比68

5.4隧道围岩地温场参数分析69

5.4.1计算参数69

5.4.2洞口气温对隧道围岩地温场的影响69

5.4.3隧道长度对隧道围岩地温场的影响71

5.4.4隧道埋深对隧道围岩温度场的影响72

5.4.5洞内风速对隧道围岩地温场的影响73

5.4.6隔热层厚度对隧道围岩地温场的影响74

5.5小结75

6隧道衬砌换热器传热数值计算模型及性能分析77

6.1传热耦合模型77

6.2模型求解及验证80

6.3对流换热对隧道衬砌热工性能的影响82

6.4地下水渗流速度对热交换器长期热交换效果的影响87

6.5地下水渗流作用下的地温恢复特性89

6.6小结91

7能源隧道应用案例92

7.1国外典型案例92

7.1.1意大利都灵市地铁1号线能源隧道案例92

7.1.2奥地利能源隧道案例95

7.1.3德国能源隧道案例96

7.2国内典型案例97

7.3小结99

参考文献101