辅助冷却复合式地源热泵地下温度场的研究

论文摘要

对于采用地源热泵系统的以冷负荷为主的商业性建筑和公共建筑,因夏季冷负荷大于冬季热负荷,地下埋管年排热量大于年吸热量。而为了防止这种吸热和排热的不平衡,势必引起地下埋管的实际长度远大于系统所需要的长度。而复合式地源热泵系统可以利用辅助冷却装置(辅助冷却塔、液体冷却器和冷却池塘等)来减少系统的初投资,提高系统的运行特性。对于以冷负荷为主的建筑使用辅助冷却装置可以减少钻孔数量,也可以减小因地下埋管年吸、放热量的不平衡而引起的热泵机组运行特性的恶化。而合适的控制策略,控制参数的选择,是提高复合地源热泵系统运行特性的重要因素。鉴于此,本文拟开展根据土壤温度场的恢复情况来研究复合式地源热泵系统的辅助散热量,为复合式地源热泵系统的进一步推广提供理论和实验依据。本文依据能量守恒建立起复合式地源热泵机组,建筑物空调末端侧、地下埋管侧和辅助冷却塔等复合式地源热泵系统各部分内在耦合的数学模型,并结合R134a涡旋压缩机复合式地源热泵机组系统的理论分析,重点对地下土壤温度场的恢复进行了分析,为复合式地源热泵系统控制策略的确定提供理论基础。已建立的复合式地源热泵实验装置系统,热泵机组采用R134a涡旋压缩机,ARI标定工况制冷量为21.8 KW。实验系统工艺流程和数据采集与数据处理系统,可以满足不同季节、不同运行模式下的复合地源热泵实验要求。在现有的实验条件的基础上,对冷却塔辅助冷却复合式地源热泵在间歇运行工况下,辅助冷量不同对地温的恢复影响进行了分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 本课题研究得背景
• 1.2 地源热泵的分类及各自特点
• 1.2.1 土壤源热泵系统
• 1.2.2 地下水热泵系统
• 1.2.3 地表水热泵系统
• 1.3 地源热泵的研究现状
• 1.4 复合式地源热泵的研究现状
• 1.4.1 辅助加热地源热泵研究现状
• 1.4.2 辅助冷却地源热泵研究现状
• 1.5 本文的主要研究内容
• 第2章 土壤特性与大地原始温度的研究
• 2.1 土壤热物性参数分析
• 2.1.1 土壤比热容
• 2.1.2 土壤导热系数
• 2.1.3 土壤导温系数
• 2.2 土壤温度特性
• 2.3 土壤原始温度分布
• 2.4 本章小结
• 第3章 复合地源热泵系统模拟
• 3.1 地下埋管换热器传热模型
• 3.1.1 基于线源理论的传热模型
• 3.1.2 基于柱源理论的传热模型
• 3.2 U 型垂直埋管地热换热器的传热模型
• 3.2.1 钻孔壁以外的传热模型
• 3.2.2 钻孔内的传热模型
• 3.2.3 地热换热器各参数得确定
• 3.3 热泵运行特性研究
• 3.4 冷却塔得数学模型
• 3.5 模拟方法
• 3.6 输入得主要参数
• 3.7 本章小结
• 第4章 实验研究及模型验证
• 4.1 实验装置及实验数据处理方法
• 4.1.1 实验工艺流程及实验装置介绍
• 4.1.2 实验数据采集和处理系统
• 4.2 实验研究
• 4.2.1 实验目的及方案
• 4.2.2 地源热泵机组运行前地温分布
• 4.2.3 运行期间地温和气温的变化
• 4.2.4 土壤恢复的研究
• 4.3 模型的验证
• 4.4 模拟方案设计
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者介绍
• 攻读硕士学位期间发表的论文和科研成果