基于田口法的隧道围岩蓄热系统性能优化及工程应用

来源：同济大学学报·自然科学版杂志2024年第12期北京时间：

作者：张瑶，夏才初，周舒威，张建新

单位：1.同济大学 土木工程学院，上海 200092;2.宁波大学 岩石力学研究所，浙江 宁波 315211;3.宁波市能源地下结构重点实验室，浙江 宁波 315211;4.新疆交通规划勘察设计研究院有限公司 岩石力学研究所，新疆 乌鲁木齐 830022

摘要：不稳定可再生能源的大规模存储具有很大发展潜力。为此，提出隧道围岩蓄热型热泵系统并建立三维隧道围岩蓄热换热器耦合传热模型，同时，基于田口试验设计，提出了隧道围岩热泵系统蓄热性能优化方法，并应用于Stuttgart-Fasanenhof 能源隧道工程。在用现场热响应试验数据验证模型合理性的基础上，蓄热隧道的蓄热性能模拟结果表明，隧道围岩蓄热型热泵系统储热效能优于传统垂直钻孔埋管蓄热系统，且不需要高的前期钻孔成本和占地面积。建立4因子3水平下的L10（34）田口试验正交表，利用Minitab数据统计分析软件进行信噪比和方差分析，得出最优控制参数组合及各参数贡献率。工程应用结果表明：蓄热与取热温差的贡献率最高，依次为运行蓄取比、围岩初始温度、围岩导热系数；最优参数组合为围岩初始温度18 ℃，围岩导热系数1.5 W·m-1·K-1， 蓄取比1：2，蓄热与取热温差45 ℃。研究成果可为隧道围岩蓄热性能优化提供理论方法及技术支持。

关键词：隧道围岩蓄热型热泵系统,田口方法,运行优化,蓄热性能

基金资助：新疆维吾尔自治区科技重大专项（2020A03003-2）；浙江省自然科学基金重点项目（LZ22E080008）