地下连续墙也能收集地热，为城市供暖？这是瑞士地铁车站的创新尝试

小编语

随着能源问题的凸显和碳达峰指标的提出，碳中和技术在地下空间建设中也受到了持续关注，如何巧妙地利用地下空间生产可再生地热能源再次成为了热点。为了验证地铁车站收集地热能源的可行性，瑞士CEVA铁路网项目中，设计师们试验性地将一套地热能源整合入了地下车站结构中。本期，小编带大家了解一下这次大胆的尝试！

项目概况和设计思路

瑞士Ceva铁路项目共有14km的地下隧道段，完工于2019年，是日内瓦地区重要的基础设施。由于线路经过一些供暖需求大的商业和住宅区域，所以建设方认为该工程是加装地热采集系统的合适对象。

CEVA铁路项?概况

经过多次考察和研究分析后，设计人员选定了线路上的Carouge-Bachet站作为首个测试站点。

测试站点的选定不仅需要考虑地质条件是否合适、地热能源是否丰富，还需要考虑产生的热能如何有效利用或者储存。因此，在选址过程中，施工方还参考了当地能源运营商日内瓦工业服务公司的意见。

4月（左）和8月（右）的车站地下温度

设计部门通过数值模拟、2D有限元模型计算等方式进行了分析，确定了加装热交换装置的最佳位置，以实现最大效率的地热收集。此外，考虑到热交换装置可能会引起热扰动，大部分的热交换装置都加装在地下连续墙和底板中。

建设过程

由于加装地热收集装置时，该项目已经在建设中了，所以为了将热交换器管路装进地下连续墙和底板中，施工方进行了详细的方案变更与设计。

所有的管路都通过铺设在底板下的汇流装置相互连接，然后整个回路再与一个分配器连接。分配器位于地下连续墙顶部，每隔60m设置一个。

地下连续墙加固方案

在实际施工过程中，遇到了一些挑战。为了避免对项目全局规划造成影响，减少对车站结构和公共区域的影响，施工方被迫进行了大量的重新规划和设计，导致最终耗资比最初预计的要高得多。

在连续墙和楼板中加入热交换管路

尽管遇到了变更设计和成本激增等问题，但最终车站结构还是顺利完成，整个地热收集管道也成功通过了压力测试。

应用效果和未来设想

地热收集系统建设完成后，为了解该装置的热收集潜力，量化热交换管道对墙体的影响，并确定未来的地热开发方案，设计部门对系统进行了一整体测试，内容包括热响应测试、单向加热后单向冷却测试、真实热泵运行循环测试等。

现场的热响应测试设备

测试完成后，车站内的地热收集系统进行了试运行。在一年时间内，地下连续墙内的热交换系统提供了相当于290兆瓦时的制暖和260兆瓦时的制冷。

在激活底板内热交换系统的情况下，这些数值分别提升到了为560兆瓦时和480兆瓦时。然而，底板内热交换系统在很大程度上取决于隧道和车站内的温度水平，而隧道和车站内的温度水平又取决于乘客和列车运行的情况，具有较大的不确定性。

热响应测试-温度分布模型

总的来说，本次可行性研究表明，在地下车站的地下连续墙和底板中安装地热收集系统是非常有意义的。特别是当该车站位于城市地区，紧邻大量需要供暖或制冷的建筑时效果更佳；但该系统成本高昂，效果不稳定等问题依旧需要解决；此外，内置于地下连续墙和底板内的热交换管道如何维护也是一个待解决的问题。

结语

在小编看来，在隧道和车站中加装地热收集装置依旧是一个概念性的研究方向，但瑞士的这次尝试为未来的发展积攒了宝贵的资料和经验。相信在热交换介质和车站施工技术得到进一步发展后， 隧道和车站内的地热收集系统会成为一个新的热点。