地铁在运营过程中的制动、加速、摩擦、辅助设备等大量产生废热,长期运行后会在地下隧道内堆积热量,目前,为隧道内降温的方法主要有设置冷却塔、地源热泵技术、设置活塞风井及通风风机、设置空调系统、喷雾法等,以上方法都有其弊端和局限性。近年来,毛细管网被尝试应用在地铁隧道围岩表面吸收地铁运行产生的废热,冬季还可通过热泵机组将废热输送到地上,为建筑供暖,夏季将隧道内废热和建筑内热量一起储存在地铁隧道附近岩土中或通过活塞风排走。但毛细管网前端换热器逐时连续的动态传热过程计算方法、地铁废热源热泵系统实际的运行特性、系统长期运行后引起的地下温度场变化、辅助冷热源设置及系统运行策略等诸多方面还有待进一步研究。故本文模拟研究这种地铁废热源热泵系统的运行性能,预测地铁废热源热泵系统投入运行后的系统及周围环境的各项参数,为工程设计提供参考。本文首先介绍了地铁废热源热泵系统的运行原理和实际工程毛细管网的敷设情况,根据地上建筑情况进行了逐时负荷计算;简化了毛细管网前端换热器传热模型,编写毛细管网前端换热器传热计算TRNSYS模块,实现了毛细管网前端换热器各项参数的动态逐时计算;并与毛细管网前端换热器现场试验结果进行对比,模拟计算值与实验值之间的相对误差平均-0.25%,最大8.79%,验证了计算方法的正确性和可靠性;在此基础上,模拟仿真热泵系统的运行特性:运行中地铁废热源热泵系统的各处水温、COP值、隧道空气温度、围岩表面温度、毛细管网热流密度等各项动态运行参数,结果显示地铁废热源热泵系统源侧与负荷侧(用户使用侧)进出水温差都较为稳定,水泵设为定频时,该系统运行一年间,夏季机组源侧、夏季机组负荷侧、冬季机组源侧与冬季机组负荷侧的平均温差分别为4.95℃、4.96℃、3.46℃、5.42℃,夏季系统平均COP为3.38,冬季系统平均COP为3.81,系统运行一年后围岩表面温升为4.73℃。对负荷侧水泵采用变频技术,模拟结果表明采用变流量系统更加节能,变频泵技术使系统平均COP在夏季提高了0.11,冬季提高了0.13。之后进一步详细分析了影响系统运行性能的各项因素,诸如毛细管网敷设面积、衬砌厚度、岩石种类、用户冷负荷对系统运行性能的影响,主要分析了在本文定流量系统的模拟条件下,毛细管网敷设面积与年用户换热量之间的关系、一衬与二衬不同厚度比例对毛细管网空气侧与围岩侧传热和对地上用户的供热供冷量等的影响、隧道内不同种类岩石对系统运行的影响及其根本因素、承担不同大小的冷负荷对系统运行及围岩温度变化的影响。随后模拟分析系统长期运行下围岩温度场的变化,结果发现该系统投入运行第一年结束后围岩温升较高,之后温升缓慢,可以保证应用地铁废热源热泵系统长期运行,不会对围岩热环境造成严重影响。最后结合实际工程制定系统控制运行策略。