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地热换热器循环液温度设定对地源热泵系统影响的分析与研究

作　者: 王茂盛
导　师: 刁乃仁
学　校: 山东建筑大学
专　业: 制冷及低温工程
关键词: 地源热泵地热换热器循环液进出口温度不同运行模式技术经济分析
分类号: TU831
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着节约能源与环境保护成为当今科学技术发展的重要方向,建筑领域里对降低空调采暖系统能耗的研究越来越受重视。在这种背景下,地源热泵技术由于利用大地中的大量低品位热能来实现对建筑物的供热制冷,并且高效环保,得到了越来越多的应用。地源热泵与传统空调最大的区别就在于地热换热器,合理的设计地热换热器可以节省初投资,有效的利用土地,并使运行安全可靠,降低系统的运行成本。地热换热器是地源热泵系统的重要组成部分,地热换热器循环液进出口温度的设定是否合理,对整个地源热泵系统能否满足要求和正常的使用关系重大。所以对地热换热器循环液进出口温度进行研究非常必要。首先,合理准确的建筑负荷计算是地热换热器设计计算的基础。本文将介绍建筑负荷计算的方法和应用计算机技术的建筑负荷模拟软件,并且对建筑逐时负荷进行累加处理,得到放入地热换热器中的累计负荷。其次,应用“地热之星v3.0”对济南地区某建筑进行模拟,设定不同的地热换热器循环液进出口温度,对地热换热器的设计长度进行分析讨论,并分析各种温度变化条件下,地埋管每米的平均换热量。对不同构造(单U、双U)的地热换热器换热性能进行了对比模拟。分析对比了两种不同构造(单U、双U)连续运行时的地下循环液温度变化情况。在连续运行过程中,换热器附近温度状况持续恶化,对系统运行不利。通过采取可控间隙运行的方式,让土壤温度有一定的恢复时间,提高换热率以减少换热器数量,可以节省土壤资源和建设成本。在间歇运行的模拟中,分析了对应的地热换热器循环液进出口温度的变化规律。再次,以实际地源热泵工程为例,并进行设备的选择以及初投资计算,然后将地源热泵系统的冬季和夏季运行费用累加即得全年总运行费用。并与三种空调形式进行经济分析,运用费用年值指标对几种方案进行比较。结果在循环液温度较为合适时地源热泵方案比其他空调系统更经济合理,具有明显的技术经济优势。本文所做的工作,主是设计地源热泵地热换热器循环液最佳的不同进出口温度,循环液出口温度的设定不仅影响系统的效率,同时也影响到系统的初投资,根据本文研究表明：采用浓度为7%的NaCl溶液时,济南夏季地热换热器循环液的最佳出口温度为：27℃-32℃,与此对应的冬季出口温度为：3℃-9℃。这些研究结果对地源热泵项目的设计与施工具有一定的参考价值,能够为本技术的推广提供有力支持。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-12
第1章前言  12-21
  1.1 地源热泵系统简介  12-16
    1.1.1 地源热泵系统的组成  14
    1.1.2 地源热泵系统的优点  14-16
  1.2 地源热泵国际研究现状  16
  1.3 地源热泵国内研究现状  16-18
  1.4 当前地源热泵系统设计及应用中的主要问题  18-19
  1.5 本文研究的主要内容  19-21
    1.5.1 建筑负荷逐时模拟计算  19-20
    1.5.2 地埋管换热器循环液进出口温度设定对系统的影响研究  20-21
第2章地热换热器循环液进出口温度的理论模型  21-37
  2.1 主要研究方法简介  21-23
    2.1.1 半经验公式方法  21-22
    2.1.2 数值计算方法  22
    2.1.3 基于叠加原理的方法  22-23
  2.2 地热换热器传热中g函数计算  23-28
  2.3 地热换热器传热中的f函数  28-29
  2.4 使用叠加原理根据f函数计算地热换热器钻孔壁温  29-31
  2.5 计算地热换热器循环液相应的出口温度  31-36
    2.5.1 当钻孔内埋管为单U形管情况时  31-33
    2.5.2 当钻孔内埋管为双U型管并联方式时  33-36
  2.6 本章小结  36-37
第3章建筑负荷计算及对地热换热器的作用  37-47
  3.1 DeST软件计算建筑负荷  37-41
    3.1.1 DeST软件的特点  37
    3.1.2 DeST算例  37-41
  3.2 建筑负荷对地热换热器的作用  41-44
    3.2.1 建筑总负荷累积  41-44
  3.3 典型算例的负荷计算  44-45
  3.4 地源热泵系统优化的相关因素  45-47
第4章模拟和分析  47-64
  4.1 "地热之星v3.0"软件  47-51
  4.2 算例参数设定  51-56
  4.3 某地源热泵系统地热换热器循环液进出口温度变化的模拟情况  56-61
    4.3.1 冬季工况下运行情况  57-59
    4.3.2 夏季工况运行情况  59-61
  4.4 室内末端稳定时地热换热器循环液进出口温度模拟  61-62
  4.5 本章小结  62-64
第5章动态经济分析数学模型  64-82
  5.1 动态费用年值法  64-66
    5.1.1 初投资C_0的计算方法  65
    5.1.2 系统的年运行成本  65-66
  5.2 地源热泵模拟计算的初探索  66-72
    5.2.1 建筑物的逐月负荷  66
    5.2.2 岩土热响应实验分析  66-69
    5.2.3 热泵机组的能耗模型  69
    5.2.4 模拟与分析  69-71
    5.2.5 费用年值法的运用  71-72
  5.3 不同方案经济性比较  72-80
    5.3.1 地热换热器的描述  74
    5.3.2 冷热源的选择及能耗分析  74
    5.3.3 设备的选型  74-76
    5.3.4 初投资的比较  76-78
    5.3.5 运行费用的比较  78-80
    5.3.6 费用年值的比较  80
  5.4 本章小结  80-82
第6章结论与展望  82-84
  6.1 结论一  82
  6.2 结论二  82
  6.3 结论三  82-83
  6.4 结论四  83
  6.5 展望  83-84
参考文献  84-88
攻读硕士学位期间论文发表及科研情况  88-89
致谢  89

地热换热器循环液温度设定对地源热泵系统影响的分析与研究

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