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桩埋管型土壤源热泵换热器及相关研究

作　者: 于洋
导　师: 周志华
学　校: 天津大学
专　业: 供热、供燃气、通风及空调工程
关键词: 土壤源热泵桩基换热器换热能力辅助冷热源数据采集热作用半径
分类号: TU831
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

地源热泵由于其高效、节能、环保的优点,近年来日益受到人们的重视,尤其是在资源日益短缺、能源价格日益上涨的今天,节能环保成了当前的首要话题。传统地源热泵的直埋管换热器占地面积较大,这就使得城市中大型建筑使用地源热泵具有一定的局限性,如果能够在桩基中埋设PE管组成桩基换热器,利用桩基和土壤较大的接触面积,再与传统的地埋管换热器相互配合,既可减小占地面积,又可满足节能环保的需要。本文在借鉴前人关于地埋管换热器研究结果的基础上,主要研究W型桩基换热器的换热情况,并与传统形式的地埋管进行对比研究;并针对桩基型土壤源热泵的深度、数量和距离受到建筑物结构的限制及土壤热量不平衡问题,分别进行了讨论和研究,并提出切实可行的解决办法;同时针对常规数据采集过程中精度不高的情况,完成了测试车的研发。首先,针对常规换热器换热量测试系统测试精度不高,并且占用较多人力资源的情况,用Visual Basic软件开发研制了一套自动采集温度、流量、并计算换热量的系统,并将水箱、水泵、电控箱等设备与采集设备整合在一起,完成了测试车的研制,大大提高了测试精度,并且能自动生成直观的温度及换热量的变化曲线,令使用者对所测的结果一目了然。其次,针对某一实际工程,利用自行开发的测试系统对W型桩基埋管进行了换热研究,并在同一地点进行了直接埋管的W型和单U型管的对比测试研究。结果表明,与传统地源热泵相比,桩基换热器的换热能力明显高于其他类型的土壤源热泵换热器,是一种较有发展前途的换热器形式,并通过理论计算,得出该类型桩基型换热器的桩间距应为8米。最后,由于桩基型换热器的换热量受到建筑物的限制,总换热量有限,为了保证建筑物的冷热负荷,常常与其他形式换热器联合使用。而且,两种类型的地埋管供回水温度应该近似一致。针对这个问题,本文经过计算比较,得出直径800mm、深50米的桩基W型换热器应配合何种埋管形式的地埋管。并且针对土壤热量不平衡问题,设计了辅助冷热源来保证土壤温度近似恒定。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-14
  1.1 研究背景  8-9
  1.2 地源热泵的发展状况  9-12
    1.2.1 国外发展状况  9-11
    1.2.2 国内的发展状况  11-12
  1.3 本课题的提出及主要工作  12-14
第二章地源热泵的理论基础  14-30
  2.1 地源热泵的概念及分类  14-18
    2.1.1 地源热泵的概念及原理  14-15
    2.1.2 地源热泵的分类  15-18
  2.2 地源热泵的特点  18-19
    2.2.1 地源热泵的优点  18-19
    2.2.2 地源热泵的缺点  19
  2.3 桩基型地源热泵  19-21
  2.4 地埋管换热器的传热模型简介  21-30
    2.4.1 解析法  21-27
    2.4.2 数值解法  27-30
第三章实验系统的开发  30-35
  3.1 实验概况  30-31
  3.2 实验方案  31-33
  3.3 实验数据采集设备的开发  33-35
    3.3.1 常规数据采集方法的误差  33
    3.3.2 测试车的开发  33-35
第四章实验研究及结果分析  35-52
  4.1 土壤原始温度的测定  35-36
  4.2 桩基型换热器换热量的测试  36-40
    4.2.1 桩基型换热器冬、夏季换热量的测试  36-38
    4.2.2 桩基型换热器换热能力随流量变化的分析  38-40
  4.3 与普通直埋型换热器换热量的对比研究  40-48
    4.3.1 冬季工况下同深度的两种换热器换热量的测试结果  41-42
    4.3.2 夏季工况下同深度两种换热器换热量的测试对比  42-44
    4.3.3 与其他深度普通直埋型换热器匹配联用  44-48
  4.4 土壤温度稳定性研究  48-50
    4.4.1 增加辅助冷热源解决土壤热量的不平衡问题  48-50
    4.4.2 其他平衡土壤温度方法  50
  4.5 本章小结  50-52
第五章桩埋管间距的确定  52-61
  5.1 桩基内传热  52-53
  5.2 桩基外传热  53-55
    5.2.1 数学模型  53-54
    5.2.2 模型的简化  54-55
  5.3 计算结果及分析  55-60
    5.3.1 冬季工况  55-57
    5.3.2 夏季工况  57-60
  5.4 本章小结  60-61
第六章结论与展望  61-63
  6.1 结论  61
  6.2 展望  61-63
参考文献  63-66
发表论文和参加科研情况说明  66-67
致谢  67

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