地源熱泵地下傳熱強化與控制模式的研究.pdf

1、地源熱泵是隨著全球性的能源危機和環(huán)境問題的出現(xiàn)而逐漸興起的一門熱泵節(jié)能技術(shù)。其利用土壤作為冷熱源，通過地埋管換熱器與土壤進(jìn)行熱量交換，進(jìn)而由熱泵對建筑物進(jìn)行供冷和供暖，它實現(xiàn)的只是一種單純的能量“搬運”過程，并具有可再生、適用范圍廣、經(jīng)濟環(huán)保等優(yōu)點。
　　 地下埋管換熱器的傳熱性能是影響地源熱泵系統(tǒng)能效的一個重要因素。本文通過改變回填材料減小鉆孔內(nèi)熱阻和控制熱泵運行模式延遲土壤溫升來強化埋管換熱器的傳熱，提高系統(tǒng)運行效率。地埋管

2、換熱器周圍土壤溫度場的分布，因其能直觀的反映埋管換熱器的換熱特性，對研究地埋管傳熱過程有重要的意義。
　　 本文以單U型地埋管換熱器周圍土壤溫度場為主要研究內(nèi)容，建立了U型埋管換熱器周圍溫度場的二維非穩(wěn)態(tài)傳熱模型，利用有限容積法對數(shù)學(xué)模型進(jìn)行離散，并采用MATLAB計算軟件對其進(jìn)行數(shù)值模擬。將模擬值與實驗進(jìn)行比較，結(jié)果表明：夏季工況下?lián)Q熱器周圍土壤溫度場的分布情況，模擬結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)吻合，也驗證了所建模型的正確性。
　　

3、 利用相似理論搭建模型試驗臺，通過對地下埋管換熱器換熱性能的實驗測試，分析了回填材料導(dǎo)熱系數(shù)、熱泵系統(tǒng)不同運行模式以及不同進(jìn)口溫度對地下埋管換熱器周圍土壤溫度場及換熱性能的影響。結(jié)果表明：在同等運行條件下，選用導(dǎo)熱性能好的回填材料能有效降低鉆孔壁與地埋管之間的熱阻，從而提高地埋管的換熱能力。以單位井深換熱量為評價標(biāo)準(zhǔn)，利用實驗所測的數(shù)據(jù)定量比較了地源熱泵機組間歇運行工況與連續(xù)運行工況的不同。實測結(jié)果表明：開停比為1:1和2:1間歇運行模

4、式下的換熱量比連續(xù)運行模式下分別高7％和18.8％，因此，通過合理地控制開停比能夠使土壤溫度得到較好的恢復(fù)，提高了地?zé)崮艿睦寐剩欣诘叵聯(lián)Q熱器的長期、有效運行。在相同流量的條件下，分別采用22℃、30℃和35℃的進(jìn)水溫度進(jìn)行實驗測試，當(dāng)流體進(jìn)水溫度由22℃增加到35℃時，換熱量由56.6W/m增加到66.4W/m，增幅為17.4％，這主要因為進(jìn)水溫度與U型埋管周圍土壤的可利用溫差較大，換熱得以加強。因此，在夏季工況下采用較高的進(jìn)水溫