豎直埋管地源熱泵土壤傳熱性能研究.pdf

1、地源熱泵通過輸入少量的電能,大量利用土壤中的能量,將低品位熱能轉(zhuǎn)化為高品位熱能,實(shí)現(xiàn)能源的高效利用,減輕環(huán)境污染,是一種有效的可再生能源技術(shù)。目前,地源熱泵系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于各類舒適性空調(diào)系統(tǒng)中。本文針對(duì)該技術(shù)開展了兩個(gè)方面的研究:(1)以土壤傳熱過程中的溫度場(chǎng)為研究對(duì)象,對(duì)土壤傳熱的三種典型工況進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究;(2)以豎直埋管地源熱泵系統(tǒng)為研究對(duì)象,對(duì)系統(tǒng)在夏熱冬冷地區(qū)的運(yùn)行性能進(jìn)行了研究。主要內(nèi)容如下:
　　1、設(shè)計(jì)并搭建了土壤

2、傳熱性能實(shí)驗(yàn)臺(tái),對(duì)土壤在非飽和工況下不同質(zhì)量含水率對(duì)土壤傳熱性能的影響進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明:(1)在非飽和工況下加熱10h后的熱影響距離約為680mm;(2)質(zhì)量含水率越低,土壤的溫升變化率越大,熱源對(duì)土壤溫度的擾動(dòng)越劇烈;(3)在相同熱源溫度下,質(zhì)量含水率越高,換熱量越大,與15％質(zhì)量含水率的土壤相比,25%質(zhì)量含水率的土壤的熱流密度提高了46.5%;(4)在熱源與土壤初始溫度的溫差不超過15℃時(shí),可以忽略傳熱過程中質(zhì)量含水率的變

3、化。
　　2、依托土壤傳熱性能實(shí)驗(yàn)臺(tái),對(duì)土壤在飽和工況下滲流流速對(duì)土壤傳熱性能的影響開展了實(shí)驗(yàn)研究,并綜合加熱功率、土壤熱物性及滲流流速等參數(shù)建立了理論分析模型。結(jié)果表明:(1)在不同加熱功率下,不同滲流流速對(duì)土壤溫度場(chǎng)的影響不同;(2)滲流的存在導(dǎo)致原本傳向熱源上游的部分熱量被滲流水逆向帶入到下游,使得熱源下游的土壤溫度比上游的土壤溫度略高。因此,在進(jìn)行地源熱泵管群設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)充分考慮滲流對(duì)管群布置的影響;(3)土壤傳熱過程中,當(dāng)

4、加熱時(shí)間為8h時(shí),熱源半徑800mm內(nèi)的土壤溫度變化最為劇烈。高加熱熱流會(huì)導(dǎo)致土壤溫度場(chǎng)迅速惡化。
　　3、依托土壤傳熱性能實(shí)驗(yàn)臺(tái),對(duì)暗河工況下暗河水溫對(duì)土壤傳熱性能的影響進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明:當(dāng)暗河水溫相同時(shí),暗河有無流動(dòng)對(duì)土壤溫度場(chǎng)的影響并不明顯;而暗河中水的溫度對(duì)土壤的溫度場(chǎng)影響較大。
　　4、對(duì)土壤的熱恢復(fù)特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。地埋管加熱功率為18.5W/延米下,加熱啟停比為0.57時(shí),埋管半徑100mm內(nèi)土壤的溫