土壤源热泵地埋管换热器运行特性研究

论文摘要

土壤源热泵是一项利用浅层土壤能源进行供热制冷的节能环保技术,随着全球性能源危机和环境问题的出现,近年来该项技术成为国内外研究的热点。冬夏负荷不平衡地区土壤源热泵运行时,地埋管换热器冬季从土壤中吸取的热量和夏季向土壤中释放的热量不平衡,导致多余的热量或冷量在土壤中积累,从而引起土壤年平均温度的单调升高或降低,这些都会降低地埋管换热器的换热量。在借鉴国内外地埋管换热器传热模型的基础上,分析了地埋管换热器的传热原理,以钻孔壁为界把地埋管换热区域分为钻孔内和钻孔外两区域,钻孔内考虑埋深方向换热不均匀性,建立稳态解析解模型；钻孔外在直角坐标系下建立二维非稳态导热模型。两区模型通过钻孔壁温耦合。搭建了地埋管换热器实验平台,根据对系统连续运行测试的结果,对地埋管换热器进出水温度进行分析,得到地埋管换热器的单位延米换热量的变化,利用实验数据验证了本文建立的单U地埋管换热器模型。在建立地埋管换热器传热模型的基础上,分析了地埋管换热器进出水管的沿埋深方向换热不均匀性,模拟研究了四类典型建筑负荷特性对地埋管换热器运行特性的影响,定义地埋管换热器可利用温差和可利用温差恢复率对土壤温度特性进行了分析,对不同气候区典型城市地埋管换热器运行特性全年模拟,为地埋管换热器在实际工程中的应用提供了理论参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 能源与建筑节能
• 1.2 土壤源热泵的国内外研究现状
• 1.2.1 地埋管换热器模型
• 1.2.2 地埋管换热器运行特性
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第2章 考虑埋深方向换热不均匀性的单U地埋管换热器传热模型
• 2.1 单U地埋管换热器传热模型的建立
• 2.1.1 钻孔内传热模型
• 2.1.2 钻孔外传热模型
• 2.2 单U地埋管换热器传热模型的数值计算
• 2.2.1 离散网格的生成
• 2.2.2 离散方程的构造
• 2.2.3 初始条件的确定
• 2.2.4 土壤温度场边界条件的确定
• 2.2.5 时间步长的确定
• 2.2.6 线性方程组的求解
• 2.3 模型的实验验证
• 2.3.1 计算程序
• 2.3.2 实验平台
• 2.3.3 实验方案
• 2.3.4 实验结果
• 2.3.5 实验验证
• 2.4 本章小结
• 第3章 地埋管换热器埋深方向换热不均匀性的影响因素分析
• 3.1 进口水温的影响
• 3.2 土壤导热系数的影响
• 3.3 钻孔深度的影响
• 3.4 本章小结
• 第4章 建筑负荷特性对地埋管换热器冬夏运行特性的影响
• 4.1 四类典型建筑的负荷特性
• 4.2 地埋管换热器换热特性
• 4.2.1 冬季运行工况
• 4.2.2 夏季运行工况
• 4.2.3 负荷总量
• 4.3 土壤温度特性
• 4.3.1 冬季运行工况
• 4.3.2 夏季运行工况
• 4.4 本章小结
• 第5章 气候区对地埋管换热器年运行特性的影响
• 5.1 运行参数的确定
• 5.2 不同气候区地埋管换热器运行特性模拟
• 5.2.1 严寒地区
• 5.2.2 寒冷地区
• 5.2.3 夏热冬冷地区
• 5.2.4 夏热冬暖地区
• 5.3 本章小结
• 第6章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参与的科研项目