利用混凝土路面季节性蓄热的地源热泵系统机理研究

摘要

由于地源热泵系统在我国的使用越来越广泛，对于冬、夏季冷热负荷不均造成的地下土壤热失衡，从而影响地源热泵系统制热、制冷效率的问题，本文提出采用混凝土路面集热在夏季为地源热泵系统地下蓄能的方法。本文主要设计了混凝土蓄热路面的结构，建立了混凝土路面集热系统路面传热模型，采用软件模拟得出了路面垂直方向的温度分布规律，给出了济南地区采用该种蓄热系统的相关研究结论。
　　 本文首先分析了采用混凝土路面季节性蓄能的条件基础及太阳能跨季节蓄能系统不同的地下蓄热方式，随后阐述了路面集热涉及的传热学基本原理，设计了混凝土路面集热系统的基本结构、能量传递过程及运行原理;定量分析了济南地区某节能建筑地源热泵系统采用混凝土路面集热的可行性，得到了单位混凝土路面蓄热量与建筑物热负荷的关系;分析了不同路面风速对集热系统导热量的影响，以及路面埋管内流体沿程温度在不同风速下随太阳辐射强度的变化规律。结果表明路面风速越小，系统向路面结构土壤的导热量越大，路面蓄热系统的集热效率越高。
　　 其次，采用解析法求解了混凝土路面温度场的一维解析解;采用有限差分法求解得到二维混凝土路面温度场的分布规律，得出济南地区混凝土路面结构20cm处最大温度梯度为0.89℃/cm。
　　 本文采用GAMBIT软件建立了路面集热系统的三维稳态物理模型，得出不同管径埋管在不同截面处的温度分布规律;且相同管径埋管流体出口温度提升与管段长度的增长不成正比。对三维非稳态工况，根据济南地区气象资料推导出系统向路面结构的导热量随时间变化的函数关系式，对其积分得出一天的导热量为2.586MJ。100m处截面的流体温度较进口提升5.8℃。
　　 本文所得结论对混凝土路面集热系统在实际工程中的设计和安装有一定的参考价值。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究背景与意义

1．2 太阳辐射蓄热的国内外研究现状

1．3 本文主要研究内容与方法

1．4 本章小结

第2章 混凝土路面集热模型分析

2．1 地源热泵系统利用混凝土路面季节性集热蓄能

2．2 传热的基本模式

2．3 混凝土路面太阳能集热系统

2．4 混凝土路面集热有关的重要参数

2．5 小结

第3章 混凝土路面传热模型分析

3．1 混凝土路面集热蓄能热量传递分析

3．2 路面太阳辐射集热时变性分析

3．3 本章小结

第4章 混凝土路面温度场的解析

4．1 混凝土路面一维温度场的分析

4．2 混凝土路面二维温度场的分析

4．3 本章小结

第5章 混凝土路面内埋管的传热模型

5．1 路面内埋管管材的选取

5．2 混凝土路面内传热模型的建立

5．3 混凝土路面集热模型模拟结果分析

5．4 本章小结

第6章 结论

参考文献

后记

攻读硕士学位期间论文发表及科研情况