土壤熱濕傳遞與土壤源熱泵的理論與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、目前全世界都在致力于低能耗、無污染、可再生及新能源工程技術(shù)的研究與應(yīng)用。在世界各國能耗總量中建筑業(yè)占重要地位，建筑能耗中又以供熱和空調(diào)能耗為主，如何降低供熱和空調(diào)能耗是當(dāng)前研究的一個(gè)重點(diǎn)。熱泵通過輸入少量的能量，大量利用自然資源(如空氣、水、土壤、太陽能)和余熱資源(如廢熱)中的熱量，可以實(shí)現(xiàn)低品位熱能向高品位熱能的轉(zhuǎn)化，給人們提供了一條節(jié)約礦物燃料、合理利用能源、減輕環(huán)境污染的途徑，因此熱泵技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。 熱泵一般分為三

2、種類型：(1)空氣源熱泵；(2)水源熱泵；(3)地源熱泵?？諝庠礋岜迷谖覈練夂蛳鄬?duì)較溫和的地區(qū)，已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。但在冬季寒冷地區(qū)，空氣源熱泵的制熱效率大大下降，加上室外側(cè)換熱器的結(jié)霜等問題，其應(yīng)用受到限制；水源熱泵的應(yīng)用受當(dāng)?shù)厮Y源的限制；而地源熱泵是一種利用地下淺層低溫地?zé)豳Y源的高效節(jié)能與環(huán)保的熱泵空調(diào)系統(tǒng)。與空氣源熱泵相比，它并未得到廣泛應(yīng)用，主要是它的成本太高，而且缺少準(zhǔn)確可靠的計(jì)算模型。 本文綜述了土壤源熱泵(地

3、源熱泵一種)的類型和各類土壤源熱泵系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)。由于垂直埋管土壤源熱泵系統(tǒng)具有占地面積小，不污染地下水的優(yōu)點(diǎn)，是一種值得發(fā)展的熱泵系統(tǒng)。但該系統(tǒng)初投資較高，一般需要采用合理的模型給予設(shè)計(jì)計(jì)算。然而由于現(xiàn)有的土壤傳熱模型忽略了水分遷移對(duì)傳熱的影響，使得埋地?fù)Q熱器的設(shè)計(jì)與實(shí)際需要產(chǎn)生偏差，致使土壤源熱泵系統(tǒng)投資增加或使用效果不佳，限制了它的應(yīng)用。本文在原有的垂直埋管土壤源熱泵一維線源模型基礎(chǔ)上，對(duì)土壤的傳熱傳濕過程進(jìn)行了進(jìn)一步的研究，發(fā)展了

4、傳熱傳濕數(shù)學(xué)模型，并對(duì)模型中的水通量方程進(jìn)行改進(jìn)，對(duì)模型中土壤的各參數(shù)(土壤熱導(dǎo)率、土壤初始溫度及含水率等)進(jìn)行了理論與實(shí)驗(yàn)分析，使之更加符合工程實(shí)際。 土壤熱導(dǎo)率是土壤的一個(gè)重要熱特性，本文利用“線源模型”理論搭建了測(cè)量熱導(dǎo)率的實(shí)驗(yàn)裝置，自制了探針，并用它測(cè)定了不同質(zhì)量含水率下土壤和沙的的導(dǎo)熱系數(shù)，進(jìn)而得到土壤和沙的容重、導(dǎo)熱系數(shù)、導(dǎo)溫系數(shù)與質(zhì)量含水率的關(guān)系。 自行搭建了一維土柱、沙柱傳熱傳濕實(shí)驗(yàn)臺(tái)，測(cè)試了不同土壤、沙

5、水分含量和土壤中存在溫差時(shí)，溫度對(duì)土壤水分持有的影響程度，及土壤、沙中熱量和水分遷移的相互作用。 搭建了U型豎埋土壤源熱泵系統(tǒng)工程應(yīng)用實(shí)驗(yàn)臺(tái)，測(cè)試了實(shí)驗(yàn)地區(qū)土壤年溫度變化規(guī)律、冬夏季熱泵機(jī)組運(yùn)行時(shí)大地的溫度場(chǎng)、冬夏季機(jī)組室外側(cè)換熱器進(jìn)出口水溫、并確定了埋管換熱器的傳熱系數(shù)。編制熱濕傳遞計(jì)算程序，確定了不同含水率下單位井深土壤的換熱能力和埋管周圍溫度場(chǎng)、埋管周圍含水率的變化規(guī)律。 最后，本論文對(duì)進(jìn)一步的研究工作提出了一些初