基于恒温法与恒热流法的土壤热响应测试研究

摘要

从能源利用及环境保护的角度考虑,地源热泵技术已被认为是最具潜力的空调技术。而土壤热物性参数的确定对地源热泵的设计影响重大。目前多采用恒热流法热响应测试进行土壤热物性参数的确定,但其数据处理过程比较复杂,所得参数结果受测试条件影响会出现较大偏差等问题;而恒温度热响应法是最近兴起的测试方法,具有可同时模拟冬季取热工况和夏季排热工况,通过测量地埋管换热器出口载热流体的温度就可直观得到地埋管的取热量或排热量,具有测试结果直观、设计结果可校核的优点。
　　基于此,本课题利用新型的土壤热响应测试装置,分别采用恒热流及恒温法两种不同的测试方法对河北省石家庄市某工程进行了为期20天的实地测试,并利用数值法对测试结果进行了分析,进而对地埋管换热器的性能进行了探讨,以期为选择更合理的测试方案提供依据与借鉴。其研究内容主要包括:
　　(1)以改进的土壤热响应测试仪器针对石家庄市某地源热泵项目进行了土壤热响应实验,阐述了测试方案和测试仪器,以及钻孔的参数和土壤初始温度的测量方法及测点的布置;
　　(2)对两种方法的土壤热响应测试结果进行了分析;针对恒热流法热响应测试,分别利用线源理论和柱源理论,求出了地埋管换热器土壤的导热系数以及热阻,并分析了不同热流密度和求解模型对土壤热响应测试结果造成的影响。针对恒温法土壤热响应测试,求出地埋管换热器每米井深换热量和平均传热系数;并从测量仪器及测量结果等方面对恒温法与恒热流法土壤热响应测试方法的异同进行了对比分析;
　　(3)基于TRNSYS软件中的地埋管模型,建立了竖直U型管地埋管换热器地源热泵仿真系统。选用石家庄办公建筑楼为例,用DEST模拟了建筑全年动态负荷。并以此为基础模拟了地埋管换热器长周期运行土壤的温度变化和地埋管换热器进出口水温的变化,分析了各因素对地埋管换热器换热量的影响。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1研究背景

1.2地源热泵分类及发展情况

1.3土壤热响应测试方法

1.4地埋管换热器传热模型的发展

1.5课题研究内容和方法

第二章 土壤热响应测试实验

2.1实验原理和方法

2.2实验方案

2.3实验装置

2.4土壤初始温度测量方法及地源测温度测点布置

2.5实验步骤

2.6本章小结

第三章 土壤热响应测试结果与分析

3.1数据处理模型

3.2实验结果分析

3.3恒温法与恒热流法土壤热响应实验对比分析

3.4本章小结

第四章 地源热泵系统TRNSYS模拟

4.1 TRNSYS软件介绍

4.2 TRNSYS软件中地埋管换热器的数值模型

4.3地埋管换热器影响因素的模拟结果和分析

4.4土壤冷热量不平衡对地埋管换热器的影响

4.5本章小结

第五章 结论和建议

5.1主要研究结论

5.2论文创新点

5.3进一步工作的建议

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢