史新慧[1]2004年在《地源热泵地下换热器计算模拟及地上机组节能研究》文中研究指明土壤源热泵是一种环保节能的绿色空调技术。在北美、欧洲和日本得到了广泛的关注，研究日趋深入，应用日趋广泛。通过广泛的调研，根据我国实际的土壤、气候条件，并联系国外发展经验，对土壤源热泵技术在我国的应用前景进行了多角度的论证，对该技术在我国的应用提供了可行性分析。本篇论文综述了国外应用土壤源热泵技术的最新进展，地下岩土热物理研究的基本理论，侧重于土壤源热泵地下换热器的研究。 本文研究了地下岩土的热力性能，建立了地下岩土温度分布动态模型。比较大连地区，重庆地区和广州地区一年四季地下50米以内温度分布。对于竖直套管式地下换热器换热及其温度场的扩散建立了相应的数学模型并编制了计算程序进行了数值模拟。确定不同水流量、不同深度，不同岩土导热系数对地下换热器出水温度的影响程度。分析不同的回填材料对地下换热器传热的影响。对于U型管建立了数学模型，使用有限差分法给出了数值解法。分析了埋管材料和几何形状，回填土和管外土壤温度场各个不同工况下的动态特性。对土壤源热泵系统进行了(火用)分析，讨论地下换热器对地上机组的影响，分析不同水流量、不同埋管深度、不同岩土导热系数对性能系数和(火用)效率的影响，指出了节能的方向。对土壤源热泵系统进行经济性分析，对比传统锅炉供暖和单冷空调制冷，土壤源热泵系统有自己的优势。
朱仕武[2]2002年在《地源热泵埋地换热器动态特性及地上机组节能研究》文中认为地源热泵技术具有良好的节能、高效以及环保特性，在北美、欧洲以及日本得到了广泛的关注，研究日趋深入，商业应用也日趋广泛。我国自上世纪80年代末开始也相继开展研究，但至今仍停留在局部地区的小型实验系统的研究层面上，研究也主要集中在技术可行性分析及埋地换热器模型建立等方面。但有关埋地换热器动态特性以及地源热泵节能潜力方面的基础性研究较缺乏。因此本文针对地源热泵系统实际应用必须考虑的地下换热动态性能以及地上机组节能特性进行研究，并得出相关结论。 首先通过广泛的调研，根据我国实际的土壤、气候、四家标准以及国家发展规划，并联系国外发展经验，对地源热泵技术在我国的应用前景，进行了多角度深入的论证，对该技术在我国的应用提供了可行性分析。 在对比研究国内外地下换热器模型的优缺点的前提下，针对有广泛应用前景的U型埋地换热器特点，建立其瞬态温度场数学模型，并在同济大学大型实验地源热泵系统上进行了验证。并利用数学模型分析了埋管材料和几何形状、回填土和管外土壤导热性能、系统运行方案等各种因素对埋地换热器换热性能的影响，研究了埋管周围土壤温度场各个不同工况下的动态特性，对正确设计埋地换热器提供了理论指导和基础参考数据。 在埋地换热器模型分析和实验数据的基础上，提出了用有用能分析法。对热泵系统冬夏典型工况利用(火用)分析，得出地源热泵机组制冷剂选择、冷凝温度和蒸发温度的确定、系统优化以及参数匹配等方面的基础数据。 本文通过理论建模、实验验证、有用能分析等方法，揭示了地源热泵埋地换热器动态特性以及换热器周围土壤温度场变化规律，指出了地源热泵在基于节能考虑上制冷剂选择的方向和范围，以及机组设计时冷凝温度、蒸发温度的确定的方法和依据。同时为地源热泵技术推广中的性能评价方法、设计思想奠定了基础，对于该技术在我国的商业化具有理论意义和重要的工程应用价值。
刘冬生[3]2005年在《地源热泵实验台及同轴套管换热器传热模型研究》文中研究说明本文在中国地质调查局项目《浅层地热钻采新技术》的资助下,重点研究浅层地热利用新技术——地源热泵技术。本文对长春近地表温度受大气影响进行了分析,通过对5～100 米深温度的采集,采用SPSS 软件回归分析建立了地下温度与深度变化关系,为分析地下换热器在大地中的换热机理奠定基础。建立了5 口100m 深叁类换热器、叁类配方回填材料和对整个系统运行参数监控的500m~2 地源热泵实验台。重点研究地源热泵系统地下换热器,对单U 型、双U 型、同轴套管换热器进行对比分析。实验研制开发了同轴套管换热器,通过对其结构和传热过程进行分析,建立了其传热模型并对温度场进行了数值模拟。对地源热泵系统进行了经济技术性评价,对比分析了同轴套管换热器与其它换热器的性能与成本,为新型换热器开发应用奠定基础。本论文的研究为以供暖为主北方地区地源热泵系统提供了研究基础,对推广地源热泵工程具有重要的指导意义和实用价值。
王明国[4]2007年在《地源热泵系统工程案例分析》文中提出随着社会的不断发展进步,人类对能源的需求越来越大,从而导致能源危机。地源热泵系统是一项以节能和环保为特征的,有利于可持续发展的供热和空调的先进技术。本文针对一栋医院建筑采用地源热泵与消防水池或与冷却塔联合运行的两种混合式系统,研究其运行特性及建筑节能的效果。通过地源热泵与消防水池联合运行和地源热泵与冷却塔联合运行这两种方案的对比,分别从技术经济性、系统设计能效比等方面分析了系统的节能效果,得出在本文的研究条件下,地源热泵与冷却塔联合运行的方案有较好的节能效果。本文通过对RC医院地源热泵系统工程实例的负荷特性分析,运用地源热泵系统的设计方法,提出了地下埋管系统的分区调节,满足土壤恢复原始温度的需要,保证土壤作为冷热源的可持续利用。本文接着研究了土壤的温度分布特性,从理论上分析了土壤的传热特征,推算出土壤原始温度的温度分布规律;按照无限大平壁的传热模型进行理论计算,在地面以下10米左右温度基本趋于稳定状态。在RC地区,在夏季,相对与测试井0来说,地下温度的变化范围为[-1.45%,1.2%];在冬季,地下温度的变化范围为[-0.92%,0%];没有超出实测系统的误差范围。实测结果与理论一致:在10米以下的范围内,温度基本保持稳定,夏季大约21.3℃,冬季大约18.5℃。在冬季半负荷情况下,通过对测试井3的测试,该地下换热器的进出水温差平均为0.2~0.3℃;总流量为276m3/h的情况下,平均每个地下U形管单孔供热能力平均值为5W/m,共计191.2kW;而水泵能耗就达30kW,能效很低。在冬季全负荷情况下,通过对测试井3的测试,地下29m深度处,地下土壤平均温度为18.10℃,比低负荷状态下的地温也要略低,主要是由于整个土壤受到建筑热负荷的增加,而向土壤吸收热量增大的缘故。地下换热器的总流量为228m3/h,进出水温差平均为0.5℃;平均每个地下U形管单孔供热能力平均值为7W/m,共计133.84kW;而水泵能耗30kW,能效仍然很低。在过渡季节,空调基本不使用,对地下土壤是一个很好的恢复期,有利于土壤的可持续利用。在夏季运行状态下,当系统总流量达到454m3/h,进水温度值平均温度为31.45℃,出水温度为28.94℃,总换热量为1329.46kW,地下U形管换热器换热能力平均值达到67.65 W/m。本文然后通过建立了U形管换热器的叁维瞬态传热模型,分别模拟了U形单管和孔群在夏季制冷和冬季供热两种情况下,U形管换热器进、出水的温度变化,土壤的温度变化,及U形管换热器对土壤的作用深度和作用半径的变化规律。有利于对地源热泵系统的换热特性进一步的研究,确定地源热泵系统孔群中管子的间距以及管子的埋深。对连接整个地源热泵空调系统的消防水池也进行了数值模拟,分析了水池在冬季蓄热、夏季蓄冷的过程中,消防水池中水体的温度分布情况,提出了消防水池更好的分隔方案及优化设计方案;同时通过测试验证了水池的温度分布。最后通过RC医院地源热泵系统工程实例对系统运行机制进行分析,系统在分区调节、间歇运行下具有较好的效果。分析系统出现的问题,提出更加合适的方案,把实际工程案例与《地源热泵系统工程技术规范》相结合,吸取经验教训,提出一些理解和建议。
单金龙[5]2009年在《地源热泵系统的地下换热器性能测试与模型设计研究》文中认为实施可持续发展能源战略已成为新时期我国能源发展的基本方针,可再生能源在建筑中的应用是建筑节能工作的重要组成部分。2006年1月1日《可再生能源法》正式实施,地源热泵系统作为可再生能源应用的主要途径之一,同时也是最利于与太阳能供热系统相结合的系统形式,近年来在国内得到了日益广泛的应用。由于可再生能源应用普遍受地域气候条件的限制,而相比而言,土壤源作为浅层地热资源受气候条件的影响较小,因此土壤源热泵具有应用范围大、适用对象广的特点,目前在全国范围内基本均有示范工程项目。国内外研究学者针对土壤源热泵地下换热器的换热性能进行了大量试验研究,形成了多种地下换热器传热模型。不过由于我国与北美、欧洲等地区的气候地质状况存在一定的差异性,使得现有的国外地下换热器传热模型在国内的应用受到了限制。目前针对我国地质特征的地下换热器传热模型研究较少,我国现行的《地源热泵系统工程技术规范(GB50366-2005)》规范中提出了一种地下换热器传热模型计算方法,但此方法计算繁琐,很多因素未在规范中进行明确交待,导致工程应用性不强,本论文针对此算法的应用开展了相应的研究。另外,由于垂直深埋U型管式土壤源热泵具有占地面积少、可用范围广、灵活性较高、恒温效果好、换热效率高、维护费用低等优势,日益流行。不过,国内目前对地下换热器的研究大多集中在50m以内的埋深,对工程中常用100m埋深的地下换热器实验研究很少。因此,本论文同时开展了针对100m埋深的地下换热器测试方法的研究。本论文主要针对上面提出的两个问题,开展了如下两方面的研究:1)通过对规范中的计算方法进行研究,提出一种在工程应用中切实可行的技术思路,并编制一套工程实用性较强的计算软件,以方便设计者依据规范对地下换热器进行设计,有利于规范的推行。2)结合规范中的测试研究方法,对100m埋深的地源热泵系统进行实测研究,并将实测数据与计算数据进行对比,验证计算的准确性,这有利于获得较准确的地下换热器换热能力测试结果,对工程应用具有一定的指导性。本论文以这两方面为核心展开研究,其中第二、叁、四章为主体章节。第二章为实验平台的搭建,论文中详细地介绍了实验测试内容以及整个平台的搭建过程,并在最后进行了总结,为土壤源热泵施工提供了一定的建设性意见。第叁章为实验测试,具体介绍了实验方案及整个冬夏季的实验过程。在冬夏季工况下,通过对单、双U形管的运行测试,发现都存在一个最优的设计工况。对比冬夏季不同埋管形式的最优工况点,存在一定的差异,最优工况点是一个范围区间,对于双U形工况,最优工况点出现在管内流速为0.7~0.8m/s之间,单U形工况,最优工况点出现在管内流速为0.9~1.2m/s之间。同时,采用复化积分自动控制误差算法,成功求解出地层热阻中涉及的指数积分公式。第四章为软件的编制,主要介绍原始地温模型、地下换热器换热量和地埋管长度模型以及地埋管阻力模型的计算方法,并采用C#语言对各模型进行软件开发。对比计算与实测结果,发现两者的误差较小。由于软件运行简洁、可靠,有利于我国地源热泵技术规范中地下换热器设计方法的推广,为地源热泵设计人员提供便捷的设计工具。
樊燕[6]2009年在《动态负荷下地源热泵设计方法研究》文中提出地源热泵系统利用大地作为低位冷热源为室内提供冷热量。但目前地源热泵出现问题的工程很多,且出现的时间很早,有的在第一个运行季节就出现问题,系统能效降低,甚至无法使用,达不到节能的效果,这给新技术的推广带来巨大阻碍。国内外对地源热泵的设计过程中比较重视全年或整个寿命周期的冷热平衡性,忽略了设计负荷下地源热泵换热器与其他空调的不同,使得负荷特性不适宜地源热泵系统,造成上述问题。本文从负荷分析着手,分析得到地源热泵承担的负荷最基本的特征为周期性。按照时间长短和负荷变化的影响因素将周期分为年周期、社会生活模式周期、天气过程周期和日周期,并分析了不同周期内的冷热平衡状况和负荷特性,找到了影响地源热泵换热性能的负荷特征为荷强度变化特征和负荷总量累积特征。在此基础上,分析了商场、办公建筑、宾馆叁种功能建筑负荷变化影响的主要因素和负荷变化规律,确定了其负荷特点。本文提出了负荷痕迹的概念,用来表示动态负荷对岩土的作用的残留性。负荷痕迹是地源热泵换热的最主要的特点,是与其他冷热源的最大区别。负荷痕迹为系统运行后的地温和原始地温的差值,它表征前段时间的累积负荷对下一周期地下换热器换热条件的影响。地源热泵工程中出现问题是因为负荷痕迹太大,本文通过实验方法分析了运行和恢复工况下负荷痕迹的变化规律,找到了影响负荷痕迹的主要因素,得到了不同条件下负荷痕迹的变化规律。根据层换热理论,提出了地下换热器四种换热状态,以及各状态下的换热器出水温度限值。根据出水温度和负荷痕迹的限值确定了不同功能建筑地下换热器设计周期,近而构建基于出水温度和负荷痕迹的地源热泵地下换热器设计方法。本文建立了瞬态单孔换热器换热模型,利用C++编写设计计算程序,通过实验数据与计算结果验证,模型的准确性符合工程实际要求。最后通过案例分析,详细展示地源热泵地下换热器的设计方法,分析该建筑地源热泵的可行性,根据负荷痕迹及出水温度变化情况,确定孔深。
洪永挺[7]2009年在《地源热泵地埋管换热模型与实验研究》文中研究表明地源热泵空调系统利用大地作为冷热源,通过中间介质在埋设于地下的封闭环路中循环流动,与大地进行热量交换,进而由热泵实现对建筑物的空调。与传统空调方式比较,地源热泵空调系统利用可再生能源,具有节能和环保的特点。它在欧美已有数十年的历史,近年来在中国受到广泛关注,并已开始得到应用。但是有关地热换热器的传热研究以及设计计算等方面的研究还很不完善,也缺乏相应的规范,这在很大程度上制约了地源热泵的应用。本文,针对地源热泵系统做了以下工作：1.本文对系统设计中地下换热器设计的难点问题进行了系统的研究。借鉴以往换热器数学模型优缺点,建立了以傅里叶级数为基础的地下换热器传热热模型。重点介绍了模型建立方法,计算过程,并且在实际工程中检验模型的准确性。2.介绍了地源热泵系统的设计方法,并且对实际工程中地源热泵系统做出设计。3.地源系统安装后,分别在制冷和供暖时期,对系统进行跟踪观察。了解系统的工作情况：包括进出口温度,换热量,能效比。并且对2个时期地埋管换热器工作情况进行比较。地源热泵在我国是一个新兴的科学研究领域,节能、环保、美化环境,有着厂阔的发展前景,存在着广阔的空间值得我们进一步的研究和试验。本文所提供理论模型与数值计算的方法,将为地源热泵工程和进一步研究提供理论依据和参考作用。
姬枫[8]2013年在《U形地埋管地源热泵系统动态性能数值模拟》文中研究表明在节能减排的大环境影响下，U形埋管地源热泵因其高效、节能、稳定、环保等特性，在世界范围内受到重视。近几年在国内也成为热门研究课题之一。研究地源热泵系统的关键，是研究其地下换热器的运行特性。地下换热器的非稳态特性，决定了其设计研究不同于普通空调系统。为了进行系统设计和性能评估分析，已经发展了多种地下换热器模型。但各个模型间的计算结果有所偏差，计算速度也不尽相同。多数方法采用解析模型，其计算时间必然会很长，不利于实际工程应用。本文将地下埋管换热器的传热分为钻孔内和钻孔外两个部分研究。由于钻孔很小，研究意义不大，因此忽略钻孔内部的温度分布细节，假设热量直接作用在钻孔壁。钻孔外采用非稳态传热数值模型，运用控制容积法建立隐式方程，采用TDMA方法求解。钻孔内和钻孔外通过钻孔壁的热流量、温度来实现耦合。同时假设地上热泵机组的能效仅与其进口水温有关，根据热泵厂家提供的热泵机组能效数据，拟合出热泵机组能效与其进口水温的关系式。在全年建筑逐时负荷已知的条件下，通过热泵机组冬、夏季的热力循环分析，建立热泵机组和地下换热器的耦合计算模型，实现了整个地埋管地源热泵系统的动态性能数值模拟。本文的模拟计算在matlab中实现。用该模型与解析模型进行了交叉比较，表明该模型计算准确，计算速度快。具有很高的工程实用价值。用该模型对某案例进行长期（30年）逐时分析，能够给出长期地温、水温及主机能耗等信息，为方案评估提供依据。
汪仲亮[9]2015年在《地源热泵地埋管研究及其经济性分析》文中进行了进一步梳理目前世界能源结构以石油为主,由之带来的全球性能源环境问题主要表现为臭氧层破坏、酸雨、温室气体排放等。我国以煤炭、石油为主的能源结构也造成了严重的大气污染,尤其是二氧化硫和二氧化碳的排放量都居世界前列。在此背景下,可再生的清洁能源成为了当今能源的主要发展方向和研究重点。地源热泵因其绿色清洁、节能高效的特点受到了人们的青睐。地下换热器与土壤之间的换热是一个非常复杂的传热过程,影响因素众多,需要着重对其进行研究,以达到最佳的系统设计。在系统投资费用方面,也因其较高的初投资给推广和应用上带来了一定的阻力。因此,对地源热泵技术进行经济分析与应用论证具有重要的现实意义和工程应用价值。本文通过介绍地源热泵发展和研究现状,引出了本文的研究背景。说明了地源热泵的发展符合当今能源发展趋势。然后利用CFD软件,对地下换热器部分进行模拟分析,重点研究了管径与流速对换热器换热效果的影响,得出结论,流速、管径和回填材料的导热系数过大会导致地埋管之间发生热短路现象,影响换热效果。本文结合实际工程,由于建筑能耗对空调系统的运行性能有较大影响,采用清华大学的DeST软件计算该建筑全年的逐时负荷。在此基础上,选择不同的空调系统方案,并建立地源热泵系统与常规空调系统的初投资、运行能耗及费用的数学计算模型,利用该模型对地源热泵空调系统和常规空调系统的初投资、运行能耗及费用进行了计算分析；最后结合动态经济评价方法对地源热泵空调系统进行客观评价分析,结果表明地源热泵空调系统初投资较高,但能给用户带来良好的经济效益
贾韶强[10]2008年在《直接膨胀式土壤源热泵实验研究及地下换热系统分析》文中提出地源热泵作为一项高效节能、绿色环保的空调技术,在国外已经成为一种广泛采用的空调方式,而在国内正处于研究和应用推广阶段,有很大发展潜力。直接膨胀式土壤源热泵是土壤源热泵的一种特殊形式,是把制冷剂直接通入地下换热器中与周围介质进行换热。与常规土壤源热泵相比,在直接膨胀式土壤源热泵的地下换热器中,换热形式主要是相变换热,其换热系数比采用普通换热介质要大得多;制冷剂直接与土壤进行换热,减少换热环节,能量利用率得以提高。但该系统本身存在一些需要解决的问题,如在供热模式下压缩机回油和制冷模式下制冷剂回流问题,以及地下换热模型建立等问题。因此,作者在合作企业搭建了实验台,把地下换热器置放在水井中与周围介质进行直接换热,对直接膨胀式土壤源热泵进行了初步测试。本文在制冷和制热两种模式下,测试了地下换热器管壁面温度和井水温度分布情况,在分析测试数据的基础上,建立了适合该系统的地下换热模型,利用所建立的模型进行不同情况的模拟计算。制冷模式分别采用了连续性和间歇性运行进行测试,制热运行过程中,由于实验系统存在压缩机回油问题,只进行了间歇性运行测试。同时,针对制冷剂回流和压缩机回油的问题进行了测试,找出对其影响因素。利用实验测试的数据,对系统运行效率进行分析计算。针对地下换热器中相变换热的特点,选用圆柱形理论建立数学模型,利用ANSYS软件进行模拟计算,通过与实验数据进行对比,证实了所建立的模型能很好反映直接膨胀式系统地下换热的情况。然后把模型中换热介质水换成其它回填材料,模拟出直接膨胀式土壤源热泵地下换热器单孔温度影响半径以及影响因素,在系统在间歇运行中,采用运行时间和停机时间之比不同时地下埋管换热器对周围温度场的影响状况。通过与常规土壤源热泵进行对比,在外界条件相同情况下,得出直接膨胀式土壤源热泵系统单位孔深换热量比常规土壤源热泵系统单位孔深换热量大47%。最后采用圆柱形理论建立了直接膨胀式土壤源热泵多个倾斜埋管数学模型,利用ANSYS软件求解出多个倾斜埋管周围温度场分布情况,以及埋管间相互影响程度,分别在冬夏两季模拟计算了钻孔倾斜角的变化对地下换热量的影响。通过测试发现实验系统在制冷模式下制冷剂回流情况良好,但在供热模式下压缩机存在回油问题,在分析实验数据的基础上,证实了地下换热器进出口压力对压缩机回油产生重要的影响。并提出了解决压缩机回油问题的一些措施,供后续实验进一步检验。通过本次实验研究,掌握了直接膨胀式土壤源热泵系统基本原理和运行特点。解决了系统中存在的一些问题,为进一步研究打下了坚实基础。
参考文献：
[1]. 地源热泵地下换热器计算模拟及地上机组节能研究[D]. 史新慧. 大连理工大学. 2004
[2]. 地源热泵埋地换热器动态特性及地上机组节能研究[D]. 朱仕武. 上海海运学院. 2002
[3]. 地源热泵实验台及同轴套管换热器传热模型研究[D]. 刘冬生. 吉林大学. 2005
[4]. 地源热泵系统工程案例分析[D]. 王明国. 重庆大学. 2007
[5]. 地源热泵系统的地下换热器性能测试与模型设计研究[D]. 单金龙. 重庆大学. 2009
[6]. 动态负荷下地源热泵设计方法研究[D]. 樊燕. 重庆大学. 2009
[7]. 地源热泵地埋管换热模型与实验研究[D]. 洪永挺. 昆明理工大学. 2009
[8]. U形地埋管地源热泵系统动态性能数值模拟[D]. 姬枫. 西华大学. 2013
[9]. 地源热泵地埋管研究及其经济性分析[D]. 汪仲亮. 南京师范大学. 2015
[10]. 直接膨胀式土壤源热泵实验研究及地下换热系统分析[D]. 贾韶强. 湖南大学. 2008