太阳能-地源热泵蓄能系统的初步研究

摘要

地热换热器的吸放热不平衡现象在地源热泵空调系统中是普遍存在的。如对北方寒冷地区而言，地热换热器冬季从大地提取的热量远大于夏季向大地释放的热量，而南方则反之。地下温度场的变化，将造成地源热泵系统性能的下降。复合低温源地源热泵系统作为解决冷热不平衡的有效方法已日益受到人们的广泛关注。为了科学、有效可靠的应用这项技术，需要对该系统进行全面、深入的研究。 本文通过理论分析与模拟计算，对太阳能.地源热泵蓄能系统进行了初步探讨。对影响地下蓄能的因素进行了分析与研究，并对我国北方寒冷地区地源热泵系统采取太阳能辅助加热系统进行了模拟计算与分析。 建立了太阳能-地源复合热泵蓄能系统的传热模型。蓄能效应是地源热泵常年运行的结果，传热分析涉及复杂的地下传热过程。以有限长线热源模型和叠加原理为基础，建立了地热换热器钻孔周围岩土传热的理论模型。进行了多种工况的模拟计算。根据理论模型编写了计算程序，模拟计算了每米钻孔换热量、钻孔壁温度等重要基础参数，探讨了钻孔周围岩土的蓄能量变化规律。 对影响蓄能的因素进行了分析探讨。影响地下蓄能的因素较多，主要有回填材料、埋管形式、钻孔间距、岩土导热系数等。以钻孔壁温度作为反映蓄能量多少的依据，对影响蓄能量的上述因素做了详细的计算分析。在以上理论分析与计算模拟的基础上，提出了在实际工程中为充分利用地热换热器的蓄能效应而采用的太阳能辅助热源方案，分析了平板太阳能集热器承担不同负荷比例的多种方案比较及其可行性分析。 对地热换热器周围岩土的热物性进行了测定，以便对太阳能.地源复合热泵蓄能系统设计提供必需的基础数据。 研究结果表明，所建模型较好的反映了地下传热的规律，钻孔间距和岩土导热系数对地下蓄能量影响较大，钻孔深度对蓄冷量影响不大。太阳能-地源热泵蓄能系统能够很好的解决冷热负荷不平衡的问题，保证地源热泵系统在设计工况下高效的运行。

目录

文摘

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第1章绪论

1.1课题研究的背景

1.2地源热泵的研究现状

1.3太阳能-地源热泵蓄能空调的应用和研究现状

1.4本文的研究意义和主要内容

第2章复合地源热泵的特点

2.1太阳能的特点

2.2太阳辐射的计算

2.3土壤热源的研究

2.4本章小结

第3章数学模型和计算软件

3.1太阳能集热器的传热模型

3.2地热换热器的传热模型

3.3地热之星和DeST模拟软件的介绍

3.4本章小结

第4章太阳能与复合低温源地源热泵系统应用分析

4.1太阳能—地源热泵系统概述

4.2太阳能—地源热泵系统设计

4.3太阳能—地源热泵系统运行模式

4.4太阳能—地源热泵系统分析

4.5本章小结

第5章影响蓄能的因素分析

5.1地下蓄能的概述

5.2地下蓄能的影响因素

5.3太阳能作为地下蓄能热源的分析

5.4本章小结

第6章深层岩土热物性测试

6.1现场热物性测试原理

6.2.测试结果分析

6.3本章小结

第7章结论

参考文献

攻读硕士期间发表的学术论文

致谢

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