论文摘要
随着我国建筑业的持续发展,对建筑节能的要求也越来越高。减少我国冬季采暖所造成的大气污染,降低供暖空调系统的能耗、节约能源是建筑节能和暖通空调工作者一直追求的目标。研究和使用节能环保的采暖空调技术成为实现这一目标的重要手段之一。地源热泵空调系统通过吸收大地的能量,包括土壤、井水、湖泊等天然能源,冬季从大地吸收能量,夏季向大地放出能量,再由热泵机组向建筑物供热/供冷,是一种利用可再生能源的高效节能、无污染的既可供暖又可制冷的节能空调技术。尤其是其节能环保的特点,与当前国家所倡导的建设节约型和谐社会总目标相吻合,可以预期该项技术将在中国得到长足的发展。在地水源热泵系统中,土壤换热器的研究一直是地源热泵技术的难点,同时也是该项技术研究的核心和应用的基础。本文在前人研究的基础上,以安定医院空调系统作为工程实例,采用打测试井实测,并对实测数据进行整理分析的方式进行热响应实验,通过分析土壤导热性能,得出该工程地下垂直埋管深度、间距等数据,对空调系统设计进行校核与优化。通过安定医院地源热泵系统测试井的实验,获得了此工程的地下土壤的初始平均温度取为15.0℃,地下平均导热系数λ为1.698W/m/K。根据获取的土壤导热性能参数以及本工程实际的负荷情况,通过地源热泵地下换热器软件GLD计算,同时结合Earth Energy Designer 2.0软件,对地下换热器运行25年进行温度模拟,进行地下热不平衡预测,最终得到了本工程需布置840个地下换热器,其形式为双U型,竖直埋设,矩形布置,平均间距5m,有效深度120m。通过本课题的研究,提出了一种热响应实验的优化方法,通过此方法获取土壤导热性能参数,并对设计进行校核与优化的方法,同时对该工程实例进行经验总结,希望对其它工程有所帮助。
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中文摘要ABSTRACT第一章 绪论1.1 概述1.1.1 地源热泵的应用背景1.1.2 地源热泵技术的节能原理1.2 地源热泵系统组成与分类1.2.1 闭环系统1.2.1.1 垂直环路1.2.1.2 水平环路1.2.1.3 螺旋管环路1.2.1.4 池塘湖泊环路1.2.1.5 桩埋管环路1.2.2 开环系统1.2.3 直接膨胀式系统1.3 地源热泵技术的发展与研究现状1.3.1 国外的发展与研究现状1.3.1.1 地源热泵技术的发展1.3.1.2 理论与应用研究1.3.2 国内的发展与研究现状1.4 本课题研究内容和意义第二章 热响应实验的理论依据2.1 地质与土壤热物性2.1.1 地温分布2.1.1.1 地球构造2.1.1.2 地壳中的温度分布2.1.2 地质构造2.1.3 地下储存能2.1.4 岩土热物性2.2 钻孔内的传热分析2.3 钻孔外的传热分析2.3.1 钻孔外的一维导热模型2.3.1.1 一维Kelvin 线热源模型2.3.1.2 一维圆柱孔传热模型2.3.2 有限长线热源模型2.3.2.1 数学模型2.3.2.2 钻孔壁中点稳态温度简化计算式2.3.2.3 钻孔壁积分平均稳态温度2.3.3 倾斜钻孔的传热分析2.3.3.1 倾斜线热源温度场的数学模型2.3.3.2 截面圆周的积分平均温度2.3.3.3 钻孔壁全长的积分平均温度2.4 有地下水渗流的地埋管换热器传热模型2.4.1 数学模型及解2.4.1.1 多孔介质中有渗流时的能量方程2.4.1.2 移动热源问题2.4.1.3 无限长线热源在渗流中的温度场2.4.2 地下水渗流对地埋管换热器传热的影响2.4.2.1 围绕线热源的任一圆周上的平均温度2.4.2.2 温度场随时间的变化2.4.3 水文地质条件的影响2.5 多钻孔地埋管换热器的传热分析2.6 地埋管换热器在变负荷工况下的温度响应2.6.1 变负荷工况下的温度响应2.6.2 周期性热流作用下的温度响应第三章 热响应实验系统的搭建3.1 工程概况3.2 热响应实验目的3.3 热响应实验原理3.3.1 概述3.3.2 热响应试验系统组成3.3.3 热响应实验原理3.4 实验过程3.4.1 测试的准备及设备配置3.4.2 测试步骤3.5 测量的误差分析第四章 热响应实验数据分析及应用4.1 测试数据整理4.1.1 土壤原始温度4.1.2 地下换热器内水温度随加热时间的变化情况4.2 地下土壤导热系数的确定4.3 热响应实验分析报告4.4 实验结果4.5 地下换热器计算过程4.5.1 地下换热器初步设计4.5.2 地下换热器运行温度模拟4.5.3 地下换热器二次设计4.5.4 地下换热器运行温度二次模拟4.6 计算结果应用第五章 结论与展望5.1 结论5.2 展望参考文献致谢
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