双U型埋管地源热泵土壤温度场的研究与热泵系统的经济性分析

摘要

土壤源热泵作为一种节能、环保的新型能源利用技术，通过消耗较少的一次能源，可获得大量的可再生能源，在我国能源供应日渐紧张的形势下，日益得到人们的重视和推广。本文结合天津建委节能示范楼土壤源热泵工程，通过整个采暖季的地温测试，研究了双U型垂直埋管换热器周围土壤温度的变化情况，分析表明，双U型埋管换热器对周围土壤温度的影响范围在1.5～2.5米之间，即双U型垂直埋管换热器周围土壤温度的热作用半径1.5～2.5米左右，随着单位井深换热量的增加，热作用半径将会有一定的增大。 研究土壤蓄热的特点，结合实验，研究整个冬季(夏季)机组向土壤吸取(排放)的总热量，分析二者之间的平衡关系，探询因此导致的地温变化规律，结果表明，热泵系统经过一年的运行后，地温将上升2.3℃，同时提出了相应的解决方案，如“地下埋管+冷却塔”、“地下埋管+生活热水供应系统”(适用于排热量大于吸热量情况)，或“地下埋管+辅助热源”方式(适用于吸热量大于排热量情况)。 以天津建委节能示范楼为例，采用BIN法和费用年值法对土壤源热泵、电制冷+热网换热、直燃机三种不同的冷热源方案进行经济性分析，结果表明，土壤源热泵由于打井费用较高，初投资相对较大，但年运行费用和费用年值在三种方案中是最低的，比其他两种方案多出的初投资可在2～3年之内收回。

目录

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第一章绪论

1.1引言

1.2地源热泵的技术概况

1.2.1地源热泵的工作原理

1.2.2地源热泵的分类

1.3地源热泵发展情况

1.4垂直地下埋管换热器传热模型的发展

1.4.1 NWWA模型(Hart和Couvillion)-线源解析法

1.4.2 Kavanaugh模型-柱源解析法

1.4.3 Eskilson模型-线源混合解法

1.5课题研究内容

第二章土壤源热泵实验装置

2.1实验的工程背景

2.2实验方案介绍

2.3测点的选择与布置

2.3.1室外温度的测量

2.3.2土壤温度的测量

2.3.3地下埋管换热器和机组冷凝器进出水温度的测量

2.3.4流量的测量

2.4数据采集系统

第三章实验结果与数据分析

3.1数据处理方法

3.2测试阶段

3.3实验结果与分析

3.3.1机组运行前土壤温度场分布

3.3.2冬季机组运行期间地下温度场分布

3.3.3冬季双U型管换热器与冷凝器水温

3.4土壤蓄热与冷热量平衡分析

3.5地下冷热负荷不平衡导致的地温变化情况

3.6本章小结

第四章土壤源热泵系统费用年值分析

4.1能耗分析方法

4.1.1度日法

4.1.2当量满负荷运行时问法

4.1.3 BIN法

4.2工程概况及方案论述

4.3能耗分析模型

4.3.1天津地区BIN气象参数

4.3.2能耗分析模型的建立

4.4能耗计算

4.5方案经济分析

4.5.1经济性评价方法

4.5.2方案经济分析

4.6本章小结

第五章结论与建议

5.1结论

5.2建议

参考文献

发表论文和科研情况说明

致 谢