地源热泵系统变工况运行对土壤温度场影响的研究

论文摘要

随着能源问题的日渐严峻,建筑节能将是国际建筑界实现可持续发展理念的大趋势,也是中国经济社会面临的重要任务。地源热泵是典型的可再生能源技术,能够在建筑节能领域发挥重大作用,在世界各地应用越来越广泛。本文针对某住宅建筑设计了地源热泵空调系统。在地源热泵系统的研究中,地埋管换热器换热性能的研究是其中的重点与难点,是推广地源热泵技术的关键。本文开展了地下垂直埋管换热器的传热特性研究,在总结以往埋管换热器传热模型的基础上,建立了地下U型埋管换热器与周围土壤换热的三维模型,对地源热泵多种运行工况进行了模拟研究,主要包括:冬季工况下热泵运行1小时、24小时、15天、90天;夏季工况下热泵短时间和长时间运行;埋管管群的不同布置形式:叉排布置和顺排布置;不同土壤热物性参数;不同土壤的初始温度;不同回填材料的导热性能;不同进口流速;不同埋管间距等因素对单位管长换热量的影响,得出了土壤温度场在各个方向的分布情况,提出了优化U型管换热的方法。研究成果对地源热泵系统设计中埋管换热器的埋深、布置形式以及埋管间距等具有参考价值,对地源热泵的实际运行,提高系统的性能系数和经济性,工程设计和施工具有十分重要的意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的背景和意义
• 1.2 地源热泵原理及分类
• 1.2.1 地源热泵工作原理
• 1.2.2 地源热泵分类
• 1.3 地源热泵的特点
• 1.4 地源热泵发展历史
• 1.5 国内外传热模型的研究情况
• 1.6 本文研究内容
• 1.7 本章小结
• 第2章 地源热泵空调系统设计
• 2.1 工程概况
• 2.2 负荷计算
• 2.3 地源热泵系统的设计
• 2.4 本章小结
• 第3章 地埋管换热器数值计算
• 3.1 土壤热物性参数分析
• 3.1.1 比热容
• 3.1.2 密度
• 3.1.3 导热系数
• 3.1.4 导温系数
• 3.1.5 含水率
• 3.1.6 土壤初始温度
• 3.2 地下埋管换热器的数值计算
• 3.2.1 建立模型
• 3.2.2 利用软件建立数值模型
• 3.3 计算边界条件与初始条件
• 3.3.1 U 型管内流体流动的边界条件
• 3.3.2 U 型管外部边界条件
• 3.3.3 FLUENT 中定义边界条件
• 3.4 模型的验证
• 3.5 本章小结
• 第4章 数值模拟结果及分析
• 4.1 模拟运行参数
• 4.2 热泵系统短期与长期运行特性
• 4.2.1 热泵换热量随时间的变化规律
• 4.2.2 温度场在空间分布的研究
• 4.2.3 不同时间温度场的分布
• 4.3 钻孔布置形式对换热性能的影响
• 4.3.1 管群之间热传递过程及热干扰现象
• 4.3.2 钻孔布置形式对换热量的影响
• 4.4 土壤初始温度对换热性能的影响
• 4.5 土壤热物性参数对换热性能的影响
• 4.6 回填材料对换热性能的影响
• 4.7 进口流速对换热性能的影响
• 4.8 埋管间距对换热性能的影响
• 4.9 本章小结
• 第5章 地源热泵热失衡问题
• 5.1 地源热泵热失衡问题
• 5.2 地源热泵热失衡危害
• 5.3 解决措施
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 进一步的工作展望
• 6.3 本章小结
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
• 致谢
• 详细摘要