夏热冬暖地区地埋管换热器传热性能及耦合系统的研究

【摘要】： 随着经济的发展以及人们环保意识的提高,走可持续能源发展的道路已成了全球性的重要发展战略。具有环保、节能等特点的地源热泵空调系统也愈来愈受到人们的重视。地源热泵空调系统是利用蕴藏于地下水、岩土、地表水中大量的低品位热能来实现对建筑空间空调目的的系统设备。目前土壤源热泵在寒冷地区的研究与工程应用十分踊跃,国家相应制定了很多设计与施工规范,但在冬暖夏热的南方地区(如广东、广西、海南以及东南亚地区)关于热泵技术的应用还处于理论论证与探索阶段,许多结论是定性的,缺乏实验数据的支撑,地源热泵技术是否适用于冬暖夏热地区,在该地区又如何合理地运用该项技术,是一个值得探讨的问题。基于此,本文对在广州大学城搭建的地埋管换热器换热性能实验台,进行了为期两年的各种实验研究,获得了大量的实验数据,通过对这些数据的分析,掌握了地埋管换热器的换热规律,这对开展南方地区地源热泵的研究很有意义。 文中收集了实验所在地的水文地质情况,实验运用高精度的Agilent34970A数据采集仪对地源热泵在各种工况运行下地下不同深度处土壤温度、地埋管换热器进出口水温进行了测量,计算出了不同换热器的换热能力,并对三种换热器的换热能力进行了比较分析。具体如下: 1.测量了在自然状况下,不同深度处土壤温度,指出了土壤温度变化趋势; 2.研究了地源热泵在连续制冷与制热工况下,三种地埋管换热器换热性能的比较。实验连续最长时间为:68天连续制冷模式运行,16天连续制热模式运行。分别纪录了土壤温度、进出口水温随时间变化的规律,得出了换热器换热能力的大小; 3.选出相同时间区域,对三类不同气候类型的地区(严寒无夏、冬寒夏热和夏热冬暖)同种形式的地埋管换热器的换热能力进行了比较,分析了不同气候、土壤条件对土壤源热泵换热能力的影响; 4.研究了制热和制冷两种间歇工况下,土壤的温度响应规律。得到了系统在运行和停机时间段土壤释热/冷和恢复前后的温度变化曲线;比较了连续和间歇两种工况下换热器的换热能力,提出了可控间歇方法来强化地下传热的模式; 5.分析了“地源热泵—太阳能热水”和“地源热泵—冷却塔”混合系统的经济性。按照每个设备在系统中所承担不同的负荷比例,计算系统初投资与运行费用,通过比较不同的投资回收期来寻求系统优化配置方案。 【关键词】：地源热泵 地埋管换热器 换热能力 经济性分析
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TU833
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-8
• 物理量名称及符号表8-15
• 第一章 绪论15-22
• 1.1 前言15
• 1.2 课题背景15-16
• 1.3 国内外研究现状16-20
• 1.3.1 国外研究现状16-17
• 1.3.2 国内发展研究现状17-20
• 1.4 本课题研究内容20-22
• 第二章 地埋管换热性能的实验系统22-29
• 2.1 实验系统简介22-27
• 2.1.1 实验系统22-23
• 2.1.2 热泵机组23
• 2.1.3 地埋管换热器23-25
• 2.1.4 岩土体热物性参数25-26
• 2.1.5 数据采集26-27
• 2.2 数据处理方法27-28
• 2.3 实验数据的系统误差分析28
• 2.4 本章小结28-29
• 第三章 连续工况下地埋管换热器性能实验研究29-42
• 3.1 夏季连续放热工况29-32
• 3.1.1 初始土壤温度29-30
• 3.1.2 进出口水温30-31
• 3.1.3 管壁处土壤温度31
• 3.1.4 单位埋深换热量31-32
• 3.2 冬季连续取热工况32-36
• 3.2.1 初始土壤温度33
• 3.2.2 进出口水温33-34
• 3.2.3 管壁处土壤温度34-35
• 3.2.4 单位埋深换热量35-36
• 3.3 三类地区换热器换热性能的比较36-40
• 3.3.1 三类地区气候特征36-37
• 3.3.2 三类地区放热能力的比较37-39
• 3.3.3 三类地区取热能力的比较39-40
• 3.4 土壤源热泵系统埋地换热器选型计算软件40
• 3.5 本章小结40-42
• 第四章 间歇工况下地埋管换热器性能实验研究42-51
• 4.1 夏季间歇放热工况42-46
• 4.1.1 土壤温度热响应42-45
• 4.1.2 单位埋深换热量45-46
• 4.2 冬季间歇取热工况46-49
• 4.2.1 土壤温度热响应46-48
• 4.2.2 单位埋深换热量48-49
• 4.3 本章小结49-51
• 第五章 混合系统的技术经济分析51-64
• 5.1 “冷却塔——地源热泵”联合散热系统51-57
• 5.1.1 “冷却塔—地源热泵”系统示意图52-53
• 5.1.2 主要技术经济评价参数53
• 5.1.3 计算结果分析与比较53-57
• 5.2 “太阳能——地源热泵”系统57-63
• 5.2.1 “太阳能—地源热泵”系统示意图58-59
• 5.2.2 主要技术经济评价参数59
• 5.2.3 计算结果分析与比较59-63
• 5.3 本章小结63-64
• 结论64-67
• 参考文献67-71
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文71-73
• 致谢73-74
• 附录1 大学城地质剖面图74-75
• 附录2 钻孔柱状图75-76
• 附录3 土工试验成果表76-77
• 附录4 软件操作指南77-83

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