根據(jù)目前的趨勢,2020年全球能源消耗量將是目前水平的兩倍多,其中建筑采暖和空調(diào)能耗所占比例較大,這種不斷增加的能源需求將加劇環(huán)境污染和能源短缺,所以使用清潔的可再生能源、提高能源利用率和節(jié)能減排成為當務之急。土壤-空氣換熱器系統(tǒng)作為一項新型建筑節(jié)能技術,利用地下土壤加熱或冷卻地埋管內(nèi)空氣,埋管出口的空氣可直接用于空間加熱或冷卻,或者與空氣處理機組結(jié)合應用。由于不同地區(qū)氣候條件和土壤層溫度不同,土壤-空氣換熱器的換熱性能與節(jié)能潛力也不同。為了探究該系統(tǒng)在寒冷地區(qū)應用的可行性和應用效果,本文利用ANSYS FLUENT建立土壤-空氣換熱器三維非穩(wěn)態(tài)數(shù)值模型,探究北京地區(qū)土壤-空氣換熱器的換熱效果和節(jié)能效益。計算分析了北京地區(qū)淺層土壤溫度分布,研究了綜合環(huán)境條件作用對淺層土壤溫度分布的影響。模擬計算了土壤層與室外空氣的溫差,結(jié)果表明,在4m深處,11月至2月期間換熱溫差范圍為0.69℃~25.35℃,6月至8月期間夏季換熱溫差范圍為4.34℃~16.14℃,因此,在北京地區(qū)應用土壤-空氣換熱器系統(tǒng)是可行的,可獲得較好的建筑節(jié)能效果。在分析土壤-空氣換熱器換熱原理的基礎上,建立了土壤-空氣換熱器三維非穩(wěn)態(tài)數(shù)值模型,分析了影響系統(tǒng)換熱性能的因素和管道附近土壤溫度分布,得出管道較長、埋在較深處并具有較低空氣流速和較小直徑時,能夠促進系統(tǒng)性能的提高。系統(tǒng)間歇運行時,換熱器進出口空氣溫差比連續(xù)運行時要大。通過對土壤-空氣換熱器系統(tǒng)運行一個周期的模擬表明,土壤跨季節(jié)熱恢復較好。基于上述研究成果,設計了具有工程實際應用規(guī)模的土壤-空氣換熱器系統(tǒng),用于預熱/預冷新風。計算、分析結(jié)果表明,換熱器效能達到90%以上,系統(tǒng)具有較好的節(jié)能性和經(jīng)濟性。以上工作對北京地區(qū)實際應用土壤-空氣換熱器具有一定的參考價值。
【學位單位】：燕山大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TU83
【部分圖文】：

土壤-空氣換熱氣系統(tǒng)通常包括裝有過濾器的進風口、用于吹送空氣的鼓風機和布置在土壤一定深處、由單管或多管組成的地埋管網(wǎng)。吹送到管道中的空氣經(jīng)過與土壤換熱再輸送到建筑內(nèi)的房間。土壤空氣換熱器系統(tǒng)的組成如表 2-1 和圖 2-2 描述。表 2-1 土壤空氣換熱器系統(tǒng)組成部分組成部分 材料 特點 作用空氣入口 進風塔 不銹鋼尺寸：2m高效過濾器引入和過濾室外空氣管道無縫管 鋼、鋁、銅參數(shù)：阻力系數(shù)，管壁粗糙度，直徑，長度，埋深。管道耐腐，結(jié)構(gòu)上穩(wěn)定，可以進行檢查和清潔。輸送空氣并與土壤換熱塑料：PE；PVC；PP石頭管道混凝土磚風機進風機直徑，高度，過濾類型引入室外空氣排風機 排出廢氣冷凝管理 兩種：集成式和單獨式 引出冷凝水并排除

圖 2-3 管道布置在土壤層中的不同形式按照空氣循環(huán)形式分類，土壤-空氣換熱器系統(tǒng)主要分為兩種形式：開式循環(huán)閉式循環(huán)。這兩種形式區(qū)別在于引入空氣的來源有所不同，前者從室外引入，后者室內(nèi)引入。開式循環(huán)系統(tǒng)是指地埋管網(wǎng)的進風采用室外新風，室內(nèi)空氣的溫濕度受外動態(tài)氣象參數(shù)直接影響。閉式循環(huán)系統(tǒng)是指地埋管網(wǎng)的進風采用室內(nèi)回風，系統(tǒng)行與建筑動態(tài)負荷有緊密聯(lián)系。土壤-空氣換熱器系統(tǒng)的換熱性能取決于土壤與管道內(nèi)空氣之間的熱傳遞，圖4 闡明了影響土壤-空氣換熱器傳熱傳質(zhì)的主要條件。熱量通過空氣與管壁內(nèi)表面對流換熱和管壁導熱的方式傳入周圍土壤或從中出。土壤與管內(nèi)空氣的熱傳遞是非穩(wěn)態(tài)耦合換熱過程，土壤-空氣換熱器系統(tǒng)的換效果受埋管的結(jié)構(gòu)參數(shù)、土壤熱物性、地面氣象參數(shù)和運行方案等因素影響。土壤部導熱過程為三維瞬態(tài)過程，還應考慮土壤中冷凝和蒸發(fā)過程。為評價土壤-空氣熱器系統(tǒng)的性能，本文評價步驟如圖 2-5 所示。

圖 2-4 影響土壤-空氣換熱器傳熱傳質(zhì)的主要條件氣候和土壤參數(shù) 土壤溫度建立EAHE模型出口處空氣溫度EAHE冷卻和加熱的潛能HVAC系統(tǒng)特點EAHE節(jié)能的潛力圖 2-5 評價土壤-空氣換熱器性能的步驟首先根據(jù)外界氣候條件和土壤參數(shù)來計算土壤溫度，然后通過建立土壤-空氣熱器系統(tǒng)的數(shù)值模型分析室外空氣溫度、管道結(jié)構(gòu)參數(shù)以及運行模式這些參數(shù)對壤-空氣換熱器系統(tǒng)特性的影響。并根據(jù)出口空氣參數(shù)通過式（2-13）和式（2-14）算夏季和冬季整體的制冷（Qc）和制熱（Qh）潛能。( )h p d sQ m c T T t(2-13

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 朱家齊;;新型的碳化硅高溫換熱器能源消耗降低20%,產(chǎn)量提高10%[J];成都科技大學學報;1987年02期

2 王宗森;沈熊;徐元輝;畢樹勖;;應用二維激光測速系統(tǒng)和可視化技術研究換熱器流動和阻力特性[J];核科學與工程;1987年Z1期

3 劉人侃;;不銹鋼換熱器的應力腐蝕及預防措施[J];石油化工設備技術;1987年04期

4 張應豪;折流桿換熱器的試驗及其應用[J];石油化工設備;1988年01期

5 魏淑英;高壓加氫換熱器的結(jié)構(gòu)[J];石油化工設備;1988年03期

6 汪曉昱;鼓泡式換熱器的研制[J];壓力容器;1988年01期

7 張仁貴;張玉柱;;高爐爐頂煤氣顯熱回收可行性研究[J];唐山工程技術學院學報;1988年01期

8 熊巍峰;;RGH—Q換熱器[J];上饒師專學報(自然科學版);1988年05期

9 萬新明;國外冷凝鍋爐研究概況[J];煤氣與熱力;1989年06期

10 賴光熙,謝偉升;熱媒式換熱器的設計與應用[J];石油化工設備;1989年04期

相關會議論文 前10條

1 黃少球;李陽;朱志強;汪海;黃群英;FDS團隊;;高溫液態(tài)重金屬鉛鋰換熱器結(jié)構(gòu)設計與應力分析[A];中國力學大會-2015論文摘要集[C];2015年

2 石佳子;欒秀春;周杰;王俊玲;楊志達;;空間熱排放系統(tǒng)泡沫炭換熱器的設計與優(yōu)化[A];第十五屆全國反應堆熱工流體學術會議暨中核核反應堆熱工水力技術重點實驗室學術年會論文集[C];2017年

3 李成;李俊明;王補宣;;翅片換熱器結(jié)構(gòu)對冷凝式油氣回收系統(tǒng)的影響[A];第九屆全國空調(diào)器、電冰箱（柜）及壓縮機學術交流會論文集[C];2008年

4 張萍;胡彬;;新型折疊扁管微通道換熱器的性能研究[A];2017年中國家用電器技術大會論文集[C];2017年

5 孫小峰;劉斌;蔡景輝;;兩種不同結(jié)構(gòu)的CO_2冷風機性能比較[A];2013中國制冷學會學術年會論文集[C];2013年

6 陳華;段鼎立;Zhao Songtian;Li Ge;;微通道換熱器換熱性能的研究[A];2018供熱工程建設與高效運行研討會論文集[C];2018年

7 曹趙生;朱孝欽;胡勁;常靜華;楊玉芬;全黃河;;新型相變材料換熱器的研究與實驗[A];2009中國功能材料科技與產(chǎn)業(yè)高層論壇論文集[C];2009年

8 田秀芳;詹桂娟;江崇旭;;使用吸收式熱泵和直接接觸式換熱器的鍋爐煙氣余熱回收方案[A];第七屆全國建筑環(huán)境與能源應用技術交流大會文集[C];2017年

9 郭曙光;李立國;潘太云;杜文忠;;寒冷條件下盤管式換熱器問題淺析[A];中國核科學技術進展報告（第五卷）——中國核學會2017年學術年會論文集第8冊（錒系物理與化學分卷、同位素分卷、輻射研究與應用分卷、核技術工業(yè)應用分卷、核農(nóng)學分卷、核醫(yī)學分卷）[C];2017年

10 王方方;關欣;蔡康;崔國民;;板翅式換熱器動態(tài)設計研究[A];中國化工學會2008年石油化工學術年會暨北京化工研究院建院50周年學術報告會論文集[C];2008年

相關重要報紙文章 前1條

1 饒艷;“干設計怕出錯，就不可能創(chuàng)新”[N];中國石化報;2017年

相關博士學位論文 前8條

1 董濤;微管道換熱器內(nèi)微流體的流動與換熱[D];南京理工大學;2003年

2 刁乃仁;地熱換熱器的傳熱問題研究及其工程應用[D];清華大學;2005年

3 周森泉;換熱器溫差場均勻性原則及其應用[D];清華大學;1995年

4 文鍵;基于PIV技術的換熱器內(nèi)部場分布特性研究[D];西安交通大學;2006年

5 鄭繼周;彈性管束換熱器各組件動態(tài)特性研究[D];山東大學;2007年

6 韓勇;(火積)減理論及其換熱器優(yōu)化研究[D];鄭州大學;2017年

7 曲德虎;太陽能輔助空氣源熱泵蓄能系統(tǒng)特性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2017年

8 郭敏;基于溫度場均勻原則的蓄熱式地埋管換熱器傳熱分析與優(yōu)化[D];山東建筑大學;2017年

相關碩士學位論文 前10條

1 裴琳;土壤—空氣換熱器換熱特性模擬與應用研究[D];燕山大學;2018年

2 霍澗;蛋白質(zhì)在換熱器表面的結(jié)垢和清洗以及抑垢研究[D];蘇州大學;2018年

3 王閃;同軸體組合換熱器結(jié)構(gòu)設計及熱耦合分析[D];安徽工業(yè)大學;2018年

4 王巖;基于定型材料相變換熱器的開發(fā)與數(shù)值分析[D];大連理工大學;2018年

5 樂鄒英;基于旋梯式螺旋折流板的船用空調(diào)換熱器數(shù)值模擬研究[D];江蘇科技大學;2018年

6 朱必佳;自堆積式螺旋速凍機氣流場分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化[D];南京理工大學;2018年

7 田士博;軌道交通用空調(diào)換熱器的優(yōu)化設計及仿真[D];大連交通大學;2018年

8 李廣祺;管翅式換熱器熱力設計優(yōu)化系統(tǒng)研究與實現(xiàn)[D];湖南大學;2017年

9 劉修泰;導熱油式換熱器在天然氣發(fā)動機煙氣余熱回收的應用研究[D];西安石油大學;2018年

10 倪春麗;高效填料式空氣源換熱器及其熱泵系統(tǒng)的實驗研究[D];天津大學;2017年

本文編號：2825836