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地源热泵系统变工况运行对土壤温度场影响的研究

作　者: 高元
导　师: 荆有印
学　校: 华北电力大学
专　业: 供热、供燃气、通风及空调工程
关键词: 地源热泵传热模型数值模拟传热特性温度场
分类号: TU831
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着能源问题的日渐严峻,建筑节能将是国际建筑界实现可持续发展理念的大趋势,也是中国经济社会面临的重要任务。地源热泵是典型的可再生能源技术,能够在建筑节能领域发挥重大作用,在世界各地应用越来越广泛。本文针对某住宅建筑设计了地源热泵空调系统。在地源热泵系统的研究中,地埋管换热器换热性能的研究是其中的重点与难点,是推广地源热泵技术的关键。本文开展了地下垂直埋管换热器的传热特性研究,在总结以往埋管换热器传热模型的基础上,建立了地下U型埋管换热器与周围土壤换热的三维模型,对地源热泵多种运行工况进行了模拟研究,主要包括:冬季工况下热泵运行1小时、24小时、15天、90天;夏季工况下热泵短时间和长时间运行;埋管管群的不同布置形式:叉排布置和顺排布置;不同土壤热物性参数;不同土壤的初始温度;不同回填材料的导热性能;不同进口流速;不同埋管间距等因素对单位管长换热量的影响,得出了土壤温度场在各个方向的分布情况,提出了优化U型管换热的方法。研究成果对地源热泵系统设计中埋管换热器的埋深、布置形式以及埋管间距等具有参考价值,对地源热泵的实际运行,提高系统的性能系数和经济性,工程设计和施工具有十分重要的意义。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章绪论  9-16
  1.1 研究的背景和意义  9-10
  1.2 地源热泵原理及分类  10-12
    1.2.1 地源热泵工作原理  10-11
    1.2.2 地源热泵分类  11-12
  1.3 地源热泵的特点  12
  1.4 地源热泵发展历史  12-13
  1.5 国内外传热模型的研究情况  13-14
  1.6 本文研究内容  14-15
  1.7 本章小结  15-16
第2章地源热泵空调系统设计  16-21
  2.1 工程概况  16
  2.2 负荷计算  16-17
  2.3 地源热泵系统的设计  17-20
  2.4 本章小结  20-21
第3章地埋管换热器数值计算  21-32
  3.1 土壤热物性参数分析  21-25
    3.1.1 比热容  21-22
    3.1.2 密度  22
    3.1.3 导热系数  22-23
    3.1.4 导温系数  23
    3.1.5 含水率  23
    3.1.6 土壤初始温度  23-25
  3.2 地下埋管换热器的数值计算  25-27
    3.2.1 建立模型  25-27
    3.2.2 利用软件建立数值模型  27
  3.3 计算边界条件与初始条件  27-29
    3.3.1 U 型管内流体流动的边界条件  27-28
    3.3.2 U 型管外部边界条件  28-29
    3.3.3 FLUENT 中定义边界条件  29
  3.4 模型的验证  29-31
  3.5 本章小结  31-32
第4章数值模拟结果及分析  32-57
  4.1 模拟运行参数  32-34
  4.2 热泵系统短期与长期运行特性  34-41
    4.2.1 热泵换热量随时间的变化规律  34-36
    4.2.2 温度场在空间分布的研究  36-38
    4.2.3 不同时间温度场的分布  38-41
  4.3 钻孔布置形式对换热性能的影响  41-48
    4.3.1 管群之间热传递过程及热干扰现象  42-45
    4.3.2 钻孔布置形式对换热量的影响  45-48
  4.4 土壤初始温度对换热性能的影响  48-52
  4.5 土壤热物性参数对换热性能的影响  52-53
  4.6 回填材料对换热性能的影响  53-54
  4.7 进口流速对换热性能的影响  54-55
  4.8 埋管间距对换热性能的影响  55-56
  4.9 本章小结  56-57
第5章地源热泵热失衡问题  57-62
  5.1 地源热泵热失衡问题  57-59
  5.2 地源热泵热失衡危害  59
  5.3 解决措施  59-61
  5.4 本章小结  61-62
第6章结论与展望  62-64
  6.1 全文总结  62-63
  6.2 进一步的工作展望  63
  6.3 本章小结  63-64
参考文献  64-67
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果  67-68
致谢  68-69
详细摘要  69-78

地源热泵系统变工况运行对土壤温度场影响的研究

内容摘要

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