土壤蓄能与土壤源热泵集成系统地埋管换热特性研究

摘要

埋管换热器占地面积大与冬夏热不平衡造成系统的出力不足一直是土壤源热泵技术在推广应用中存在的两大问题；同时，电网峰谷负荷差逐年上升是造成我国电力供应紧张的主要因素。本文出于解决以上两大难题，结合土壤蓄能技术的特点，创造性地提出了土壤蓄能与土壤源热泵集成系统。该系统充分利用了土壤蓄能技术和土壤源热泵技术的优点，将蓄能装置转移到土壤源热泵的地下埋管换热器系统中，使埋管换热器和蓄能装置合二为一，各取所长。 通过对土壤层内双功能U型埋管换热器传热过程的分析，在能量守恒基础上，首次建立了地下管群换热器分别在土壤蓄能、释能过程以及停机工况下的三维传热数学模型。通过数值模拟，从理论上分析了埋管管材、回填材料、土壤类型、钻井深度、埋管间距以及系统的预蓄冷时间对系统运行特性的影响；结合冬季两种不同模式的运行工况分别对在其运行条件下的地埋管换热器进行了结构优化。为新系统的地下埋管换热器的优化设计及系统参数匹配等方面提供理论支持与技术储备。 通过本文的研究结果表明：土壤蓄能与土壤源热泵集成系统技术的应用可以减小埋管换热器的占地面积、解决冬夏热不平衡以及平衡电网峰谷负荷，将会为21世纪的建筑提供一种节能、清洁与可持续发展的空调方式。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1课题研究的背景及其理论与实际意义

1.1.1课题研究的背景

1.1.2课题研究的理论与实际意义

1.2国内外研究现状与分析

1.2.1地下蓄能(UTES)技术的国内外研究现状

1.2.2土壤源热泵技术的国内外研究现状与分析

1.3土壤蓄能与土壤源热泵集成系统

1.3.1新集成系统的提出

1.3.2新集成系统的工作原理

1.3.3新集成系统的特点与关键技术

1.4课题研究内容

第二章地埋管换热器传热模型的理论研究

2.1埋管换热器的概述

2.2土壤层内双功能U型埋管换热器传热过程分析

2.3双功能U型埋管换热器传热过程的物理模型和数学模型

2.3.1物理模型的建立

2.3.2数学模型的建立

2.4求解

2.4.1物理模型的网格划分

2.4.2方程的求解

2.4.3计算流程

2.5数学模型的验证

2.6模拟结果评价参数的定义

2.7本章小结

第三章夏季土壤蓄冷、释冷系统的特性研究

3.1引言

3.2埋管管材对系统运行特性的影响

3.3回填材料对系统运行特性的影响

3.4土壤类型对系统运行特性的影响

3.5埋管间距对系统运行特性的影响

3.6钻孔深度对系统运行特性的影响

3.7预蓄冷时间对系统运行特性的影响

3.8本章小结

第四章冬季工况系统地埋管换热器的结构优化

4.1引言

4.2冬季土壤蓄热、释热运行特性及换热器的结构优化

4.3冬季纯取热工况下换热器的结构优化

4.4本章小结

第五章结论与展望

结论

展望

参考文献

致谢

攻读学位期间主要的研究成果