地源熱泵地下?lián)Q熱系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究.pdf

1、合理利用能源、發(fā)展可持續(xù)能源技術(shù)已經(jīng)成為政府官員及社會(huì)各界人士的共識(shí)，大力發(fā)展綠色可再生能源尤其是自然能源成為了能源領(lǐng)域的主流。地源熱泵作為利用典型自然能源淺層地能的供熱制冷技術(shù)，由于其具有高效節(jié)能、綠色環(huán)保及可再生的特點(diǎn)，得到了國(guó)家政策的支持和大力推廣。 地源熱泵地下?lián)Q熱器作為系統(tǒng)的熱源和冷源，是地源熱泵的技術(shù)核心，在整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成中起著舉足輕重的作用。提高地源熱泵地下?lián)Q熱器的換熱率一直是研究人員的目標(biāo)。通常狀況下，研究人員通過

2、提高流速增強(qiáng)換熱器內(nèi)對(duì)流換熱，選用導(dǎo)熱系數(shù)高的管材和回填材料以減小導(dǎo)熱熱阻，這些強(qiáng)化傳熱手段對(duì)于地源熱泵系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和減少換熱器數(shù)量都有著積極意義。本文從強(qiáng)化傳熱與運(yùn)行管理的角度分別對(duì)地下?lián)Q熱系統(tǒng)的換熱性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。 本文作者利用在大紅門地區(qū)建立的強(qiáng)化傳熱實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，對(duì)設(shè)計(jì)的幾種不同構(gòu)造換熱器換熱情況進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。從地下?lián)Q熱器換熱率與換熱器供回水溫度兩方面來綜合考慮，由于地下?lián)Q熱器傳熱過程的非穩(wěn)態(tài)特性，擴(kuò)散半徑一直都在變

3、化，在連續(xù)運(yùn)行過程中，高換熱率會(huì)導(dǎo)致?lián)Q熱器附近溫度狀況持續(xù)惡化，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行不利。在間歇運(yùn)行工況下，由于土壤溫度有充分時(shí)間恢復(fù)，提高換熱率以減少換熱器數(shù)量，可以節(jié)省寶貴的土壤資源，也有可能降低建設(shè)費(fèi)用。 地下?lián)Q熱器與周圍土壤進(jìn)行換熱，在換熱過程中土壤溫度持續(xù)變化，從非穩(wěn)態(tài)傳熱逐漸向準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)傳熱過渡，換熱過程逐漸趨于穩(wěn)定，了解該變化過程能夠?yàn)橄到y(tǒng)配置方案提供重要參考。本文作者在北京工業(yè)大學(xué)能源樓建立了一套包含60個(gè)多種構(gòu)造地下?lián)Q熱器的

4、地源熱泵綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)，對(duì)多種組合情況下地下?lián)Q熱器換熱情況進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。我們利用具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的地下土壤溫度測(cè)試裝置對(duì)地下?lián)Q熱器周圍土壤的溫度變化情況進(jìn)行了實(shí)時(shí)記錄，采集運(yùn)行過程中井內(nèi)及周圍土壤溫度變化情況，以期為地源熱泵技術(shù)的研究與工程應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支持。我們對(duì)不同構(gòu)造(單U、雙U、三U)換熱器換熱性能進(jìn)行了對(duì)比測(cè)試，并對(duì)相同構(gòu)造換熱器不同總延伸長(zhǎng)度時(shí)運(yùn)行工況進(jìn)行了對(duì)比分析，對(duì)相同構(gòu)造的換熱器在不同的出力情況下的運(yùn)行工況進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)對(duì)比，

5、對(duì)間歇運(yùn)行工況對(duì)換熱器性能的優(yōu)化效果作了實(shí)驗(yàn)測(cè)試與分析。 本文還建立了地下?lián)Q熱系統(tǒng)的準(zhǔn)三維傳熱模型，以期對(duì)地下?lián)Q熱系統(tǒng)在給定換熱量時(shí)的換熱工況作出較為準(zhǔn)確的模擬計(jì)算。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)，該模型能夠?qū)Φ叵聯(lián)Q熱系統(tǒng)換熱性能作出較為準(zhǔn)確的換熱性能評(píng)價(jià)，可以進(jìn)行多工況換熱性能預(yù)測(cè)。我們還利用該模型與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到了換熱工況及制冷工況下的換熱率經(jīng)驗(yàn)公式。本文所做的工作，主要基于技術(shù)應(yīng)用的目的，對(duì)地源熱泵的研究、設(shè)計(jì)與施工具有一定的參考價(jià)值，能夠?yàn)?/p>