动态负荷对土壤源热泵系统性能影响的研究

论文摘要

中国城市化和工业化的飞速发展以及人们对生活水平的高要求直接导致建筑能耗占总商品能耗比例的增加,能源供应越来越紧张,因此建筑节能已成为各行各业关注的热点。而建筑节能又应以调整建筑运行能耗、提高暖通行业能源利用率为重点。地源热泵技术作为暖通空调新技术,以可再生能源为冷热源,既节能又环保,被认为是最有发展潜力的节能技术之一。地下换热部分是地源热泵系统区别于传统空调系统的地方,地下换热器通过与土壤之间的热量交换达到调整室内热湿环境的目的。室内冷热负荷的动态变化导致地埋管换热器换热性能的动态变化,这种动态变化反过来又会影响到地源热泵机组的运行状况。因此室内末端、地源热泵机组及地埋管换热器之间能否合理正确的匹配关系到整个系统能否正常运行。本文以某收费站所使用的地源热泵系统为研究对象,通过输入建筑逐时动态负荷来分析其动态变化特性。首先,在建筑热环境模拟软件包DeST中建立模型,并模拟了全年逐时动态负荷；然后,考虑到地埋管换热器进出水管的不同换热状态,提出了沿深度方向的三区换热理论；利用该理论分析了动态负荷对地埋管换热器换热性能的影响；最后,使用多元线性回归法分析了地埋侧和负荷侧各参数之间的耦合关系,得到了耦合公式,并验证了公式的可靠性。为了更好的分析地埋管换热器的换热性能,在实验研究的基础上,应用FLUENT软件对单U型地埋管换热器的土壤温度场进行了三维数值模拟,结合实测温度数据对模型的可靠性进行了验证；接着对单U型管的换热性能的模拟结果进行了分析,同时还分析了进水温度和流量两个因素对换热性能的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 热泵技术
• 1.2.1 热泵的普及
• 1.2.2 热泵几种热源的特点
• 1.2.3 土壤源热泵系统简介
• 1.3 地源热泵发展史
• 1.3.1 地源热泵在国外的发展
• 1.3.2 地源热泵在国内的发展
• 1.4 本文研究内容
• 第二章 动态负荷下地埋管换热器的换热理论
• 2.1 动态负荷特性分析
• 2.1.1 历年负荷总量累积特征
• 2.1.2 负荷波动与平稳性特征
• 2.1.3 负荷间歇性特征
• 2.2 多孔介质模型简介
• 2.2.1 多孔介质的定义及特性参数
• 2.2.2 多孔介质的控制方程
• 2.3 地埋管内流体的湍流模型
• 2.4 FLUENT软件简介
• 2.4.1 FLUENT程序结构
• 2.4.2 FLUENT程序可以求解的问题
• 2.4.3 FLUENT求解程序步骤
• 第三章 动态负荷下地埋管换热器换热性能研究
• 3.1 工程简介
• 3.2 动态负荷计算结果与分析
• 3.2.1 室外设计参数
• 3.2.2 室内设计参数
• 3.2.3 空调运行时间及通风设定
• 3.2.4 负荷计算及结果分析
• 3.3 动态负荷下地埋管换热器日换热性能的研究
• 3.3.1 动态负荷下地埋管换热器换热模型
• 3.3.2 动态负荷下地埋管日换热特性分析
• 3.4 动态负荷下地埋管换热器季节换热性能的研究
• 3.4.1 夏季供冷结束后埋管周围土壤温度变化
• 3.4.2 冬季供热结束后埋管周围土壤温度变化
• 3.5 本章小结
• 第四章 动态负荷下地源热泵系统的特性变化
• 4.1 地源热泵系统各环路运行参数耦合关系分析方法
• 4.2 动态负荷下地源热泵系统的日特性变化
• 4.2.1 地埋侧供回水温度在日负荷影响下的变化规律
• 4.2.2 地源热泵系统三个水环路耦合关系分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 数值模拟与结果分析
• 5.1 U型管物理数学模型的建立
• 5.1.1 模型假设条件
• 5.1.2 模拟对象及其几何模型的确立
• 5.1.3 网格划分
• 5.1.4 边界条件确定
• 5.2 数学模型验证
• 5.3 模拟结果分析
• 5.3.1 单U型埋管换热性能模拟结果分析
• 5.3.2 U型管进口水温的影响分析
• 5.3.3 流量的影响分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.1.1 主要工作
• 6.1.2 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文