住宅建筑中土壤源热泵全年运行地下热堆积研究

论文摘要

土壤源热泵系统中地下土壤作为吸收/释放系统热量的场所,其温度变化影响整个系统的运行效果,是研究土壤源热泵系统性能的一个重要参数。鉴于反映土壤平均温度变化的一个重要指标就是埋管侧回水温度,本文通过分析埋管侧回水温度变化,进而研究地下土壤温度场的热堆积状况。具体工作内容如下:首先,建立了双U型垂直埋管及其周围土壤的三维非稳态传热模型,利用数值解和解析解相结合的方法编制运算程序,计算埋管侧回水温度变化情况。并结合青岛地区某小区冬季及过渡季实验测试结果,将测试数据和仿真结果进行对比,两者吻合较好,平均误差为3.3%,验证了模型的可靠性。然后,利用DeST能耗模拟软件计算青岛地区某住宅建筑全年8760个小时的逐时冷/热负荷,作为模型的输入参数,模拟全年运行结果。供暖季平均热负荷模拟值为345kW,高于实测平均值,低于系统设计值。最后,根据住宅建筑的使用特点,分别分析了满负荷、70%、50%、30%负荷率下全年埋管侧回水温度变化情况,通过分析得出,满负荷、70%、50%负荷率下全年埋管侧回水温度均有不同程度的升高,说明埋管附近土壤堆积了热量。通过具体分析70%负荷率下全年地下土壤温度场的分布,发现温度场不是整体升高,而是温度波逐渐向远边界处传递的结果。此外根据不同的土壤物性,分析了致密黏土和轻质黏土两种土质的土壤温度分布。本文通过分析住宅建筑中全年运行地下土壤热堆积问题,以期为土壤源热泵系统设计提供数据参考,对其进一步推广应用具有一定的理论价值和实践意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景
• 1.2 土壤源热泵国内外研究现状
• 1.2.1 国外土壤源热泵的研究现状
• 1.2.2 国内土壤源热泵的研究现状
• 1.3 地埋管换热器传热模型介绍
• 1.3.1 地热换热器的解析解传热模型
• 1.3.2 地热换热器的数值传热模型
• 1.4 课题的提出
• 1.5 课题的研究方法
• 1.6 本文的主要内容
• 第2章 土壤源热泵系统运行模型的建立
• 2.1 地埋管换热器模型的建立
• 2.1.1 钻孔壁以外部分的传热模型
• 2.1.2 钻孔壁以内部分的传热模型
• 2.2 机组及水泵模型
• 2.3 负荷模型
• 2.4 系统模型
• 第3章 土壤源热泵运行测试分析
• 3.1 实验概况
• 3.1.1 工程概况
• 3.1.2 测试参数
• 3.1.3 测点布置及测试仪器
• 3.2 测试结果分析
• 3.3 测量系统误差分析
• 3.3.1 温度测试误差
• 3.3.2 流量测试误差
• 3.3.3 换热量测试误差
• 3.4 模型验证
• 第4章 全年埋管侧回水温度及地下土壤热堆积研究
• 4.1 全年冷热负荷模拟结果
• 4.2 不同负荷率下全年埋管侧回水温度模拟结果
• 4.2.1 满负荷下的模拟结果
• 4.2.2 70%负荷率下的模拟结果
• 4.2.3 50%负荷率下的模拟结果
• 4.2.4 30%负荷率下的模拟结果
• 4.3 埋地换热器地下温度场全年模拟分析
• 4.3.1 埋地换热器钻孔壁温度模拟结果
• 4.3.2 埋地换热器周围土壤温度全年模拟结果分析
• 4.4 黏土土质地下土壤温度场分布
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文
• 致谢