50米深埋U型管地源热泵夏季性能测试及圆柱源理论模型

摘要

本课题是继国家自然科学基金的资助下进行了浅埋竖直管换热器和水平埋管换热器地源热泵的采暖和供冷特性研究后，对原有实验台进行改造的基础上进行的50米深埋U型管地下换热器的性能特性研究。 本文主要论述了50米深埋U型管地下换热器冬季运行后，过渡季节期间地温的恢复规律，并对1＃井和3＃井在不同运行工况下进行性能分析，最后采用圆柱源理论模型对本地源热泵系统性能进行模拟，得出了模拟与实验数据的吻合程度。 在冬季向夏季过渡期间，热泵系统停止运行，大地温度开始向远边界处大地温度逐渐恢复，在运行季结束初期，地温恢复较快，之后慢慢趋于平稳。根据测试结果所知，-5m地温在恢复3个月后基本保持稳定状态，在进入夏季运行的前一个星期，-20m地温达到了19.01℃，-35m地温达到了18.84℃，-50m地温达到了19.24℃，地温恢复达到了95％以上。 本系统夏季分别对3＃井单管以流量645L/h工况进行性能测试，以及1＃井变流量性能测试，埋管侧水流量分别为645L/h、700L/h，760L/h。测试结果表明：不管是从制冷性能系数还是从单位井深换热量来比较，760L/h这一工况均优于其它两种流量工况，其平均单位井深换热量为69.47w/m，系统制冷性能系数为3.44w/w，传热系数为6.40w/m.℃。 根据测试数据所反映的结果，对热短路现象进行分析，随着地下埋管侧的水流量增加，热短路越趋于严重。 在地源热泵运行特性理论研究和实验研究的基础上，依据圆柱源理论，建立起了变热流条件下地源热泵系统的模拟模型。模型验证结果表明，进出水温度的模拟值与实测值的最大误差为6.33％，在一定程度上验证了该模型的准确性和有效性。 利用此模型模拟了地下埋管内流体的平均温度、平均进口温度和平均出口温度，以及进行系统热短路的模拟分析。

目录

文摘

英文文摘

1绪论

1.1课题的背景

1.2地源热泵的发展水平

1.2.1国内外发展水平

1.2.2地源热泵地下换热器设计软件

1.2.3数学模型的发展

1.3实验研究内容

1.3.1实验内容

1.3.2考虑的问题

1.3.3实验目的

1.3.4实验方法和技术路线

1.4地源热泵的研究意义

2地源热泵的理论基础

2.1地源热泵原理与构成

2.1.1地源热泵的构成原理

2.1.2地源热泵的构成

2.1.3节能原理

2.2地源热泵的分类

2.2.1地下水热泵系统

2.2.2地表水热泵系统

2.2.3土壤埋盘管系统

2.3地源热泵的特点

2.4地源热泵的影响因素

3实验装置及测试

3.1实验方案

3.1.1地质条件

3.1.2实验装置

3.1.3主要设备简介

3.1.4试验测试参数

3.1.5实验系统误差分析

3.1.6实验安排

3.2数据处理方法

4地下埋管换热器地源热泵的夏季运行性能测试

4.1过渡季节的地温恢复

4.2地源热泵系统的性能测试

4.2.1单管以流量6451/h运行的性能测试

4.2.2多流量运行的性能测试

4.3相同流量工况下，冬夏季的性能系数比较

4.4不同运行时间的系统性能系数比较

4.5系统热短路分析

4.5.1热短路的概念

4.5.2系统热短路的分析

4.5.3热短路的影响因素

5垂直U型管传热模型

5.1概述

5.2过渡季节温度场的恢复模拟

5.3圆柱源模型的介绍

5.3.1等价半径的确定

5.3.2圆柱源模型介绍

5.3.3热泵机组性能

5.3.4模拟过程

5.3.5夏季系统运行特性模拟验证

6结论与建议

6.1结论

6.2建议

致谢

参考文献

附录：攻读硕士学位期间发表的论文

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