地热能地板辐射采暖系统研究

摘要

单井循环式地源热泵是一种高效换热地源热泵系统，在国外应用的时间已经比较长了，但在中国的应用才刚刚起步，目前国内在单井循环水源热泵理论与试验研究方面的积累几乎空白。以热虹吸管替代塑料管的地板辐射供暖系统是一种高效、节能、环保的新型采暖系统，其研究和应用在国内外鲜有报道，有很多问题值得商榷研究。为此，本文对以单井循环地下水源热泵作热源的热管地板辐射供暖进行了系统而全面的基础研究，主要内容如下： 1.单井循环地下水源热泵一维非稳态传热模型的建立与特性分析①根据地下传热过程的特点，建立了井水与周围土壤一维非稳态温度场数学传热模型，并采用有限差分法进行数值求解。②在热泵供回水温差恒为5℃情况下，计算发现，远边界的温度在传热过程中起到非常重要的作用，但远边界设置不是无限远，应在井水温度变化影响范围之内。初始温度对井壁处热流密度大小没有影响，只有井的尺寸和井水流速才影响其取值，而半径显然较深度对运行时间的影响大。③初始温度、井水流速、井直径和井深都对单井取热极限有影响。 2.热管地板辐射供暖实验研究利用热管地板辐射供暖与地下水源热泵联合运行实验台，在不同工况下对热管地板的温度分布、散热量、室内空气温度、地下水源热泵机组的性能进行了测试，实验结果表明：①热管地板传热效率高，且具有良好的蓄热性能，蓄热时间是预热时间的三倍左右；②供暖房间室内空气竖向温度梯度小；③与热管地板辐射供暖联合运行时，单井循环地下水源热泵不但可以满足供暖系统的要求，而且机组的运行性能良好。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：主要符号表

声明

第一章 绪论

1.1课题研究背景

1.2地下水源热泵

1.2.1水源热泵热源

1.2.2单井循环式地源热泵的应用和研究现状

1.3 热管地板辐射供暖

1.3.1低温热水地板辐射供暖发展简史

1.3.2两相闭式热虹吸管的应用和研究现状

1.4本文的主要研究内容

第二章 单井循环系统一维非稳态模型的建立

2.1物理和数学模型的建立

2.1.1单井循环井水热泵供热系统物理示意图

2.1.2研究问题的物理模型的建立

2.1.3井水与周围土壤一维非稳态温度场数学传热模型的建立

2.1.4井壁表面传热系数的计算

2.1.5结果修正

2.2初始及边界条件

2.3解方程

2.3.1用偏微分方程离散求解

2.3.2流程图

2.4常量取值

2.4.1物性参数

2.4.2表面传热系数

2.5模拟结果与实验数据的对比验证

2.6本章小结

第三章 单井循环热泵系统运行特性数值模拟分析

3.1供水及土壤温度随运行时间的变化

3.2等温差下取热情况

3.3本章小结

第四章 单井循环的取热极限的数值模拟分析

4.1不同井直径和井水初始温度时取热极限随井水流速的变化

4.2不同井直径和井水流速时取热极限随井水初始温度的变化

4.3不同初始温度和井水流速时取热极限随井直径的变化

4.4本章小结

第五章 热管地板辐射供暖系统实验装置及实验方案

5.1熱管地板板体结构

5.2系统实验装置

5.2.1实验系统构成

5.2.2主要参数测试方法与所用仪器

5.3实验方案内容与步骤

5.3.1实验内容

5.3.2实验步骤

5.4实验数据处理与误差分析

5.4.1实验数据处理方法

5.4.2误差分析

第六章 供暖系统实验研究分析

6.1热管地板供暖系统传热性能

6.1.1供暖系统地板温度分布

6.1.2地板中热管壁面温度分布

6.1.3热管地板的预热与蓄热

6.1.4室内温度垂直分布

6.1.5各工况下地板表面平均温度和室内温度

6.2地下水源热泵的性能

6.3本章小结

第七章结论

7.1研究结论

7.2创新之处

7.3进一步的工作建议

参考文献

发表论文和科研情况说明

致 谢