能源和环境问题是影响、制约经济社会可持续发展的两大因素。伴随化石能

源不断消耗，随之而产生的是能源的短缺、环境恶化和生态被破坏等问题。据国际能源机构预测，到 2035年二氧化碳排放量将比 2008 年增长 31%，世界各国均重视节能减排的研究与实施，积极采取措施减少碳排放。2009年12月，我国在丹麦哥本哈根召开的《联合国气候变化框架公约》的会议上郑重承诺，到2020年单位GDP 的温室气体排放量比 2005 年减少 40%-50%。

我国能源消耗中，建筑能耗占全国总能耗的30%以上。而在建筑能耗中，用于暖通空调的能耗占40%~50%。因此，暖通空调系统的节能问题已经成为世界的焦点之一。近年来我国政府提出要稳步推进资源节约和环境保护工作，并提高非化石能源在一次能源消费中的比例，开发新能源技术，故利用清洁的可再生能源作为暖通空调系统的冷热源就显得特别重要。

GB50157-2013《地铁设计规范》中指出：“地铁空调系统应当优先考虑自然能源的冷源，无条件使用自然能源时，使用人工能源。”因此，地铁空调系统采用地源热泵技术受到了广泛关注。

地铁线路大多经过城市中的繁华地段且铺设在地下，地铁隧道周围还有配套的加固和保护措施。打孔埋管这种在地埋管地源热泵系统中的常规方式就难以利用在地铁隧道中，这对地埋管换热器提出了特殊要求。而毛细管网具有换热面积大、环保、换热效率高且耐腐蚀的特点，可将其置于地铁隧道的岩土内，作为地源热泵系统的前端换热器。如能将围岩内和排入隧道内的热量提取出来，利用地源热泵系统输送至地面用户，就可将围岩的浅层地热能和地上建筑空调系统结合，不仅夏季为地铁车站供冷，降低隧道温度，取代冷却塔，冬季也可为地上建筑供暖，缓解地铁周边用户的供暖问题。并且通过系统的合理设计，解决地埋管地源热泵系统冷热平衡问题，对降低传统能源消耗，美化环境具有重要的实际意义。

目前国内外关于毛细管换热器的研究主要集中敷设于建筑楼板、墙体内或地表水体内的形式，研究其传热特性，影响因素及设计方法，其传热模型与敷设于围岩内的形式有本质的不同。对于隧道传热主要集中在围岩内的传热特性、空气与围岩之间传热过程的研究，多忽略气固耦合传热作用，且围岩内并没有敷设换热器。也有将换热管敷设于隧道二衬和防护层之间，研究换热管的传热特性，但其换热器的形式、敷设条件与毛细管换热器敷设于地铁隧道围岩内存在本质的不同。

2. 研究的基本内容与方案

一、基本内容

1. 模拟分析隧道围岩内温度分布情况；

2. 毛细管壁面换热器用于地铁隧道存在的优缺点分析；

3. 结合武汉地铁隧道围岩及隧道内空气环境的特点得出毛细管壁面换热器用于武汉地铁隧道的可行性方案；