成都地区地源热泵系统运行特性研究

摘要

地源热泵因其高效、稳定、节能、环保在世界范围内得到广泛的研究与应用，其研究已成为清洁能源领域的热门研究课题之一。
　　 地埋管换热器传热问题是地源热泵系统研究中的核心问题之一。目前对地埋管换热器的研究，主要通过性能实验和数值模拟来了解地埋管换热器的换热能力和换热机理以及换热器换热的影响因素，没有与实际负荷变化进行藕合动态分析，这就不能真正了解地埋管换热器的实际运行状况。
　　 本文将地埋管换热器传热分为钻孔内、外两部分，钻孔内采用稳态传热解析模型，钻孔外采用非稳态传热数值计算模型，两部分通过钻孔壁温度和热流量耦合；同时假设热泵机组的性能仅和地埋管换热器的循环介质出口温度有关，由热泵生产厂家提供的热泵性能数据拟合出机组换热性能拟合式。通过热泵的热力循环分析结合建筑逐时动态负荷建立耦合地上机组与地下埋管换热器的计算模型，并采用Compaq VisualFortran6.5编制程序，从而实现对整个地源热泵系统换热能力的动态仿真。
　　 在分析典型建筑负荷特性的基础上，研究了地源热泵可能采取的间歇运行模式，并比较了地埋管换热器在不同模式下运行的换热性能及土壤温度恢复特性。
　　 基于上述成果，以成都地区一典型建筑为例对地源热泵系统进行了全年仿真动态分析，预测了地源热泵系统全年换热性能及土壤温度响应规律，并对地源热泵优化运行提供一些建议。
　　 最后开发了地源热泵仿真计算平台。该平台可进行地埋管换热器换热的影响因素分析；地埋管换热器换热特性的运行分析(稳态分析与瞬态分析)；地埋管系统耦合运行特性分析。研究结果具有一定的理论和工程实际意义丰富和完善了地源热泵传热理论。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1研究背景及意义

1.2与本课题相关的国内外研究现状

1.2.1土壤源热泵地埋管换热模型

1.2.2土壤源热泵系统仿真

1.2.3土壤源热泵实际运行性能研究

1.2.4存在问题

1.3本文研究内容和方法

第2章地埋管换热器传热模型

2.1地下水相关概念

2.2钻孔内传热模型

2.3钻孔外土壤传热模型

2.3.1钻孔外土壤传热物理模型

2.3.2钻孔外土壤传数学模型

2.4模型的数值求解

2.3.1网格划分

2.3.2控制方程的离散

2.3.3离散方程组的求解

2.5模型计算程序的实现

2.6数值模拟与实验验证

2.7本章小结

第3章地埋管换热器运行性能分析

3.1地埋管换热器换热性能影响因素分析

3.1.1回填土热特性参数的影响

3.1.2土壤热特性参数的影响

3.1.3管内循环流体流量的影响

3.1.4地埋管换热器流体进口温度的影响

3.2不同运行模式下地埋管换热器性能分析

3.2.1不同类型建筑的负荷特征及换热器运行模式

3.2.2不同运行模式下地埋管换热器的换热性能

3.3本章小结

第4章地源热泵系统动态运行特性分析

4.1建筑全年动态负荷

4.2水／水热泵机组的数学模型

4.3运行参数的确定

4.3.1地源热泵系统全年运行模式的确定

4.3.2土壤初始温度的确定

4.4地源热泵机组全年运行模拟分析

4.4.1夏季运行结果分析

4.4.2过渡季节运行结果分析

4.4.3冬季运行结果分析

4.4.4全年情况分析

4.5本章小结

第5章地源热泵仿真计算平台

5.1仿真计算平台的功能与构成

5.1.1仿真计算平台的功能

5.1.2仿真计算平台的构成

5.2计算算例

5.3本章小结

第6章结论与展望

致 谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研项目