基于地道風(fēng)的空氣源熱泵冬季運(yùn)行特性研究.pdf

1、針對(duì)普通空氣源熱泵冬季制熱量衰減，夏天制冷量減少這一難題，同時(shí)為了克服傳統(tǒng)地道降溫工程中送風(fēng)霉味重，室內(nèi)空氣品質(zhì)差等缺點(diǎn)，本課題主要研究了將地下人防工程中的自然能源作為熱泵空調(diào)系統(tǒng)的冷熱源。
　　 地道大多在地下10米左右，由于地面溫度波衰減和延遲的作用，相對(duì)于室外溫度而言，冬季空氣溫度高，夏季空氣溫度低。在實(shí)際應(yīng)用中，由于基于地道風(fēng)的空氣源熱泵系統(tǒng)室外換熱條件的改善，熱泵性能系數(shù)COP值可以得到較大提高，這種方法不僅具有明顯的

2、節(jié)能效果，而且也是對(duì)我國豐富的地道資源進(jìn)行開發(fā)利用。從保護(hù)大氣環(huán)境、減少二氧化碳排放、可再生能源利用的角度來說，這不僅對(duì)我國現(xiàn)階段有巨大的利用價(jià)值，對(duì)于將來仍具有實(shí)際意義。
　　 本課題首先討論了地層土壤的能量來源，對(duì)熱物性參數(shù)對(duì)土壤溫度的影響進(jìn)行了分析，并指出了地層土壤溫度波的變化規(guī)律。建立了地層土壤內(nèi)部溫度的計(jì)算模型，得出了在地表面溫度為簡諧波變化時(shí)，地層土壤內(nèi)部的溫度計(jì)算公式。并根據(jù)該計(jì)算公式，分析了地層土壤內(nèi)部溫度波的變

3、化特性。地層土壤溫度波相對(duì)于地面溫度波的衰減和延遲性為基于地道風(fēng)的空氣源熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用提供了先決條件。
　　 其次，本文闡述了冬季基于地道風(fēng)的空氣源熱泵系統(tǒng)中地道內(nèi)空氣與地道壁體傳熱過程的基本原理。根據(jù)空氣與地道壁面?zhèn)鳠徇^程的特點(diǎn)，對(duì)室外空氣流經(jīng)地道的非穩(wěn)態(tài)耦合傳熱過程進(jìn)行了分析，采用整場求解法對(duì)室外空氣流經(jīng)地道的耦合傳熱過程建立了統(tǒng)一的數(shù)學(xué)模型。借助CFD軟件建立了符合實(shí)際幾何形狀和傳熱流動(dòng)狀況的地道內(nèi)空氣與土壤換熱的三維數(shù)學(xué)

4、模型。此外，本文還利用該模型對(duì)濟(jì)南地區(qū)的某人防工程進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，將實(shí)測值與模擬計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，驗(yàn)證了該模型的準(zhǔn)確性。
　　 通過對(duì)不同工況下的地道風(fēng)進(jìn)行數(shù)值模擬，本文對(duì)冬季影響空氣與地道壁面之間傳熱過程的各項(xiàng)因素進(jìn)行了對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)地道長度、地道埋深、空氣流速、地道當(dāng)量直徑、不同進(jìn)風(fēng)溫度等均對(duì)空氣與地道換熱過程有重要影響。引入了地道加熱效率的概念，探討了地道長度、地道內(nèi)風(fēng)速、地道埋深以及地道結(jié)構(gòu)尺寸對(duì)地道加熱效率的影響程度

5、。在研究的基礎(chǔ)上，給出了系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，地道各參數(shù)的最佳設(shè)計(jì)范圍，可供工程技術(shù)人員參考。
　　 最后，在國家級(jí)制冷產(chǎn)品性能檢測室對(duì)基于地道風(fēng)的空氣源熱泵機(jī)組進(jìn)行了冬季性能測試，并與普通空氣源熱泵進(jìn)行了對(duì)比。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于地道風(fēng)的空氣源熱泵系統(tǒng)在冬季運(yùn)行時(shí)其制熱量、性能系數(shù)與普通空氣源熱泵相比都有顯著的提高，而且室外空氣溫度越低，該系統(tǒng)的增幅就越明顯。尤其在溫度極低的情況下，該系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢更加顯著。此外，本文的研究結(jié)果表明：基于