地源热泵系统优化设计及经济性分析

论文摘要

我国地源热泵系统发展迅速,但在系统设计上还有许多尚待解决的问题。本文对地源热泵系统进行了优化设计和经济性分析。主要研究内容如下:1.系统归纳了目前地源热泵系统存在的主要问题,并全面分析了影响地埋管地源热泵系统设计的主要参数。在此基础上,提出了一套基于岩土热物性测试和建筑动态负荷分析,且以地源热泵系统长期稳定运行为优化目标的设计思路与方法,并用于指导实际地源热泵工程。2.结合某工程实例,采用数值模拟软件模拟了建筑物动态负荷特性,采用恒热流法计算分析当地岩土热物性参数,采用Fluent模拟软件模拟分析了地埋管热扰动半径以及地源热泵系统地温场流体温度变化,确定了地源热泵系统的优化设计方案。对工程冬、夏季工况下的实际运行情况进行实验测试。结果表明,冬夏季典型工况下热泵机组及系统性能系数分别为4.21和3.04、5.22和3.42,系统可以保持在高能效下运行。3.通过计算费用现值、费用年值以及动态追加投资回收期,分析了优化设计后地源热泵系统的经济性,并与常规供热制冷系统进行比较。结果表明,地源热泵系统在整个寿命期内的费用明显低于市政管网+冷水机组系统,年运行费用可节约99.91万元,折合单位建筑面积节约运行费用18.68元/m2,经济效益良好。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• §1-1 研究背景及意义
• §1-2 地源热泵系统国内外的研究及应用现状
• 1-2-1 国外研究及应用现状
• 1-2-2 国内研究及应用现状
• §1-3 目前地源热泵系统在应用方面存在的问题
• §1-4 本文的研究内容
• 第二章 地源热泵系统影响因素及优化方案
• §2-1 建筑物能耗对地源热泵系统的影响
• 2-1-1 建筑物累积负荷的影响
• 2-1-2 建筑物逐时负荷特性的影响
• 2-1-3 建筑物能耗计算方法的影响
• §2-2 地质特征对地源热泵系统的影响
• 2-2-1 土壤特性
• 2-2-2 土壤初始温度
• 2-2-3 土壤热物性及初始温度的测试方法
• §2-3 埋管换热器布置形式对地源热泵系统性能的影响
• §2-4 回填材料对地源热泵系统性能的影响
• §2-5 地源热泵系统优化方案
• 2-5-1 地源热泵系统设计要点
• 2-5-2 设计思路与方法
• §2-6 本章小结
• 第三章 地埋管地源热泵系统优化设计
• §3-1 研究对象
• §3-2 建筑物全年负荷模拟计算
• 3-2-1 建筑物概况
• 3-2-2 气象数据
• 3-2-3 室内外设计参数
• 3-2-4 冷热负荷动态模拟及分析
• §3-3 现场勘测及实验
• 3-3-1 水文地质条件
• 3-3-2 岩土热物性实验
• 3-3-3 实验结果及分析
• §3-4 埋地换热器设计
• §3-5 埋管循环泵的选择
• §3-6 地温场流体温度模拟
• 3-6-1 Fluent 模拟软件介绍
• 3-6-2 埋管换热器影响半径模拟
• 3-6-3 管群周围温度场热平衡分析
• §3-7 本章小结
• 第四章 地源热泵系统试验测试分析
• §4-1 地源热泵系统简介
• §4-2 地源热泵系统试验测试
• 4-2-1 实验测试系统
• 4-2-2 实验数据处理模型
• §4-3 试验结果分析
• 4-3-1 冬季供暖工况
• 4-3-2 夏季制冷工况
• §4-4 本章小结
• 第五章 地源热泵系统经济性分析
• §5-1 数值模型
• §5-2 动态经济性分析
• §5-3 本章小结
• 第六章 结论及建议
• §6-1 结论
• §6-2 进一步研究建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果