土壤源熱泵系統(tǒng)地埋管換熱器方案設(shè)計(jì)及優(yōu)化研究.pdf

1、土壤源熱泵系統(tǒng)作為一種可再生能源利用技術(shù)，是建筑空調(diào)領(lǐng)域中重要的系統(tǒng)形式之一，該系統(tǒng)以大地作為建筑空調(diào)系統(tǒng)的冷熱源，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)高效、節(jié)能運(yùn)行。合理有效的設(shè)計(jì)地埋管換熱器系統(tǒng)是土壤源熱泵系統(tǒng)高效運(yùn)行的前提條件，而巖土熱響應(yīng)測(cè)試和方案設(shè)計(jì)的優(yōu)化計(jì)算又是該過程的關(guān)鍵點(diǎn)。本文綜述了國內(nèi)外土壤源熱泵技術(shù)及地埋管換熱器設(shè)計(jì)計(jì)算方法的發(fā)展及研究現(xiàn)狀，分析了目前地埋管換熱器系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)際運(yùn)行中存在的一些問題，為本文主要的研究工作奠定理論基礎(chǔ)。為了解決存在

2、的問題，提高地埋管換熱器系統(tǒng)的換熱性能及實(shí)際運(yùn)行的可靠性，本文對(duì)地埋管換熱器的方案設(shè)計(jì)及優(yōu)化方法進(jìn)行了研究。
　　首先，本文對(duì)地埋管換熱器與周圍土壤的換熱過程進(jìn)行分析，結(jié)合土壤結(jié)構(gòu)的分層性和土壤熱物性參數(shù)的多變性，以“熱阻分層法”理論作為土壤層劃分的依據(jù)，建立豎直雙U型地埋管換熱器分層換熱單孔模型。依托重慶某巖土熱響應(yīng)測(cè)試工程，獲取實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，利用Fluent軟件對(duì)測(cè)試工況進(jìn)行仿真模擬，并從地埋管不同時(shí)刻進(jìn)出水溫度和同一時(shí)刻不同深度

3、管壁溫度兩方面進(jìn)行模擬與實(shí)測(cè)結(jié)果的對(duì)比驗(yàn)證，平均相對(duì)誤差分別為0.99％和0.96%，且進(jìn)出水溫差的平均相對(duì)誤差為3.26%。綜合誤差分析，本文認(rèn)為該模型具有可靠性且計(jì)算精度較高。
　　其次，根據(jù)工程實(shí)例計(jì)算的對(duì)比分析，指出常規(guī)熱響應(yīng)測(cè)試法與分層換熱模型熱響應(yīng)測(cè)試法的應(yīng)用差異及存在的問題，且主要受地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度的影響，進(jìn)一步證實(shí)分層換熱模型熱響應(yīng)測(cè)試法的優(yōu)越性。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合“熱阻分層法”和分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)的應(yīng)用原理，提出一

4、種可實(shí)現(xiàn)土壤豎向分布式測(cè)溫的熱響應(yīng)測(cè)試法，在提高熱響應(yīng)測(cè)試可靠性與精確度的同時(shí)，降低了施工及測(cè)試難度。
　　最后，通過地埋管換熱器方案設(shè)計(jì)的實(shí)例計(jì)算，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)工程設(shè)計(jì)法一般會(huì)導(dǎo)致地埋管換熱器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)水流量及進(jìn)出水溫差與熱泵機(jī)組源水側(cè)名義運(yùn)行參數(shù)存在較大的不匹配性。通過分析其中原因及方案優(yōu)化的影響因素，提出一種適用于不同土壤熱平衡分析結(jié)果的地埋管換熱器方案優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。據(jù)此方法利用地埋管換熱器分層換熱模型進(jìn)行方案優(yōu)化設(shè)計(jì)的模擬研究