地源热泵系统经济性评价及地下换热器研究

摘要

地源热泵空调系统利用大地作为冷热源，与大地进行热量交换，是一种节能和环保的热泵技术，近年来在中国受到广泛关注，并已经开始得到应用。但是有关地下换热器的传热研究及设计计算等方面的研究还不完善，在很大程度上制约了地源热泵的应用。 本文在综述几种传热模型的基础上，对单U型埋管换热器传热过程进行研究，对钻孔外和钻孔内分别提出一维无限长线源传热模型和准三维传热模型。分析了U型埋管换热器循环液设计出口温度、土壤热物性参数、钻孔深度、钻孔直径、埋管材料等对单位管长换热量的影响，结合采用BIN算法计算建筑的动态负荷，从而为地源热泵埋管换热器的设计提供了一定的参考。 选取几种常用的冷热源系统与地源热泵进行分析比较，通过计算得出各方案的初投资和年运行费用，用动态费用年值法对各方案的经济性进行了评价，并分析了各方案对环境的影响。最后得出结果表明，虽然地源热泵系统的初投资在所有方案中是最高的，但其费用年值是最低的，对环境的影响也是最小的。因此，地源热泵系统具有投资上的经济性和技术上的节能性。

目录

文摘

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声明

1绪论

1.1热泵概述

1.2地源热泵

1.2.1地源热泵工作原理

1.2.2地源热泵的分类

1.2.3地源热泵系统的特点

1.3地源热泵在国外的发展

1.4地源热泵在国内的发展

1.4.1发展历史

1.4.2各阶段研究特点

1.4.2地源热泵在我国的发展优势

1.5本文研究主要内容

2埋管换热器传热模型分析

2.1传热模型的理论基础

2.1.1 V.C.Mei传热模型

2.1.2 IGSHPA(Intemational Ground-Source Heat Pump-Association)模型

2.1.3圆柱孔模型

2.2土壤基础性能研究

2.2.1土壤特性

2.2.2土壤物性参数

2.2.3土壤初始温度

2.3 U型地下埋管换热器传热过程

2.4传热模型的假设前提

2.5钻孔外传热数学模型

2.6钻孔内传热模型

2.6.1钻孔内一维传热模型

2.6.2钻孔内二维传热模型

2.6.3钻孔内准三维模型

2.7本章小结

3地下埋管换热器传热影响因素与优化

3.1换热量随出口温度及时间的关系

3.2土壤与回填材料导热系数的影响

3.3埋管材料的影响

3.4钻孔直径的影响

3.5埋管深度的影响

3.6增强埋管换热器换热性能的主要措施

3.7本章小结

4地下埋管换热器的设计

4.1用BIN参数作建筑物内空调负荷计算

4.1.1温频法(BIN方法)概述

4.1.2工程实例应用分析

4.2地下换热量计算

4.3地下换热器的设计

4.3.1管材的选择

4.3.2埋管形式

4.3.3管径的选择

4.3.4确定U型埋管的总长度

4.3.5钻孔间距及数量的确定

4.4埋管换热器的计算机模拟

4.4.1计算方法简介

4.4.2计算实例

4.5本章小结

5地源热泵系统经济性的综合评价

5.1地源热泵系统的热力综合性指标

5.1.1热泵的性能系数

5.1.2热泵的能源利用率

5.2地源热泵系统经济性评价

5.2.1冷热源的选择

5.2.2设备的选型

5.2.3初投资的计算

5.2.4年运行费用的计算

5.2.5动态费用年值法比较

5.3各方案对环境的影响

5.4结果分析

5.5本章小结

6结论与展望

6.1本文总结

6.2有待进一步解决的问题

致谢

参考文献