基于土壤热平衡的地源热泵系统分析

摘要

随着人们对建筑节能及空调节能重要性的认识不断加深，利用可再生能源的地源热泵技术近年来发展迅速，我国各个城市建成了许多地源热泵示范工程。但是由于发展时间较短，地源热泵技术还远未成熟，不少工程的实际运行效果较差，土壤热失衡是其中较为普遍的一个问题。建筑的冷热负荷不平衡使得地埋管换热器向土壤的取热量、释热量不平衡，系统长期运行后导致土壤温度逐年下降或上升而无法恢复，最终系统效率下降甚至难以运行，因此热平衡问题的研究应当得到足够的重视。
　　本文结合南京新城大厦二期地源热泵项目，全面介绍了垂直埋管式地源热泵应用于特大型办公建筑的工程实例。论文以土壤热平衡为主要考量依据，重点分析了设计过程中影响热平衡的主要环节，并基于热平衡问题的解决提出了系统的优化设计方法，以期为类似地区、同类建筑的地源热泵项目提供参考。
　　本文利用DeST软件模拟计算了建筑的全年动态负荷，并分析了负荷特点。该项目位于夏热冬冷的南京地区，全年累计冷热负荷比约为2.78∶1，冷热负荷严重不平衡。建筑功能类型为办公建筑，每日空调运行12h，间歇时间较长，有利于土壤的温度恢复。系统的冷热源方案设计中，本项目采用热回收技术和设置辅助冷却塔的方式调节负荷峰值。
　　论文通过项目所在地岩土特征的研究分析了地源热泵系统的可行性，依据岩土热响应试验结果进行了地埋管换热器的设计，并总结了埋管间距、埋管深度及管群布置形式对热平衡的影响规律，得出结论为埋管结构参数的确定需要综合考虑项目的建设特点，具体问题具体分析，单一因素的分析结果不具备可操作性及实用价值。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景

1．2 地源热泵概述

1．3 国内外研究热点及现状

1．4 研究目标及内容

第2章 建筑动态负荷分析

2．1 工程概况及特点

2．1．1 建筑功能类型

2．1．2 南京地区气候特征

2．2 模型建立及负荷计算

2．3 模拟结果分析

2．3．1 年负荷总量特征

2．3．2 负荷分布特点

2．3．3 系统热平衡分析

2．3．4 日负荷动态特征

2．4 本章小结

第3章 负荷分配方案及系统优化

3．1 热回收技术的应用

3．1．1 新风热回收

3．1．2 地源热泵机组冷凝热回收

3．2 辅助冷却塔的设置

3．2．1 冷却塔复合系统形式

3．2．2 冷却塔容量选择方法

3．2．3 复合式系统的运行策略

3．3 本工程的系统方案设计

3．3．1 扣除新风负荷后的系统热平衡计算

3．3．2 冷热源方案及设备

3．4 本章小结

第4章 岩土特性分析

4．1 地热资源及地质情况分析

4．2 岩土热响应试验

4．2．1 试验原理及设备

4．2．2 测试结果分析

4．3 本章小结

第5章 地埋管的设计分析

5．1 地埋管换热器的设计计算

5．2 地埋管换热器对热平衡的影响

5．2．1 钻孔间距的选择

5．2．2 钻孔深度的选择

5．2．3 管群的布置形式

5．3 本项目的地埋管设计

5．4 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 主要结论

6．2 不足与展望

参考文献

在读期间发表的学术论文及研究成果

致谢