【摘要】：隨著地源熱泵的大規(guī)模推廣,地埋管換熱器換熱效率下降,系統(tǒng)能效比不高等問題逐漸顯現(xiàn)。造成此現(xiàn)象的原因之一是土壤溫度未在設(shè)計工況下運行,使得土壤吸熱量和排熱量不平衡,降低了換熱效率。許多工程案例運行結(jié)果表明,由于地下水滲流的存在,地源熱泵在冷熱不平衡的狀態(tài)下仍然能夠很好地運行。而且,土壤也可在熱擴散和地下水滲流共同作用下經(jīng)過若干年(通常是2~4年)后重新取得平衡。因此確定地下水滲流速度及方向尤為重要。在之前的研究中,地下水滲流雖有利于換熱,但只是通過熱響應(yīng)實驗將其換算成土壤導(dǎo)熱,這個做法是不合理的。地埋管換熱應(yīng)分為兩種:熱擴散和熱對流。熱擴散是土壤與雙U管間的傳熱作用,熱對流是地下水滲流與雙U管間的傳熱作用。它們屬于兩種傳熱機理,應(yīng)分別考慮。本文旨在得到地下水滲流速度及方向的數(shù)值,因此本文研究內(nèi)容如下:(1)提出一種利用改進熱響應(yīng)實驗測算地下水滲流速度和方向的方法,該方法是在傳統(tǒng)巖土熱響應(yīng)實驗裝置的基礎(chǔ)上,添加一組溫度監(jiān)控裝置,利用監(jiān)測到的數(shù)據(jù)分析計算從而確定地下水滲流的速度和方向。此溫度監(jiān)控裝置包含兩組溫度傳感器,分別位于含水層(34m)和非含水層(26m),每組溫度傳感器包含八個溫度傳感器,呈圓形均勻分布在井壁周圍,以此來測量地埋管附近的溫度分布。(2)在上述方法的基礎(chǔ)上搭建改進熱響應(yīng)實驗平臺并進行熱響應(yīng)測試。土壤初始溫度測試時,循環(huán)水進出水溫度傳感器測得溫度為18.9℃,土壤中溫度傳感器測得34m處為18.6℃,26m處為18.3℃。(3)在恒定熱流加熱測試階段,對某一時刻八個點的溫度值擬合可得到該時刻地下水滲流的方向,同理對所有數(shù)據(jù)進行擬合可得到當?shù)氐叵滤疂B流方向為西偏北28.35°→東偏南28.35°。(4)采用Gambit軟件對地埋管換熱器進行三維建模,非含水層處設(shè)置為固體區(qū)域,無地下水滲流;含水層處有地下水滲流設(shè)置為多孔介質(zhì)區(qū)域,另外按照實際地下水滲流方向設(shè)置一組地下水滲流速度,通過Fluent軟件對該過程進行模擬,對比含水層處八個點的模擬溫度值和實測溫度值得到該地區(qū)地下水滲流速度為38.9m/a。(5)提出一套地源熱泵設(shè)計-校核體系,并通過工程實例具體闡述。
【圖文】：

圖 1-1 GSHP系統(tǒng)供暖原理圖Fig 1-1 system Heating principle diagram地埋管地源熱泵分類埋管位置不同分為兩類，如圖 1-2 所示。平埋管埋管就是在水平面下較淺處橫向埋設(shè)管道（一般為 3～15m），如圖 埋管式管道埋設(shè)在淺層土壤中，，開挖費用低，初投資低，但是 3～15層，受天氣變化影響較大，而且需要很大的地表面積敷設(shè)，因此在實多。直埋管埋管與水平相反，豎向埋設(shè)管道，需要進行鉆孔處理，因此初投資比照管道形狀及數(shù)量的不同，可分為圖 1-4 中幾種類型；按照鉆孔深種型式：土壤30m以上的淺埋型、31～ 8 0m之間的中埋型和地表80m水平埋管不同的是，豎直埋管占地面積少，并且埋管深入土壤恒溫層

Fig 1-1 system Heating principle diagram源熱泵分類不同分為兩類，如圖 1-2 所示。在水平面下較淺處橫向埋設(shè)管道（一般為 3～15m），道埋設(shè)在淺層土壤中，開挖費用低，初投資低，但是 氣變化影響較大，而且需要很大的地表面積敷設(shè)，因此平相反，豎向埋設(shè)管道，需要進行鉆孔處理，因此初投狀及數(shù)量的不同，可分為圖 1-4 中幾種類型；按照鉆土壤30m以上的淺埋型、31～ 8 0m之間的中埋型和地表不同的是，豎直埋管占地面積少，并且埋管深入土壤恒夏季排熱量相平衡，否則有可能影響到以后 系良好，豎直埋管應(yīng)用普遍。
【學(xué)位授予單位】：北京建筑大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TU463;TU83

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本文編號：2526228