【摘要】：淺層地熱能作為一種儲量巨大的清潔可再生能源,逐漸成為了全世界應對能源危機的新選擇。地源熱泵技術是將換熱器埋置于地下,直接獲取淺層地熱能的新型熱泵技術,具有高效節(jié)能、環(huán)境友好、一機多用等顯著優(yōu)點。地埋管換熱器的傳熱是研究地源熱泵技術的關鍵內(nèi)容,在過去的研究中,通常是將土壤與換熱器之間的傳熱視為單一的導熱過程,而忽略了地下水帶來的影響,導致地埋管設計管長過長,初期建造成本偏大。本文以地埋管出口流體溫度和土壤平均溫度作為評價條件,研究地下水滲流對豎直地埋管地源熱泵系統(tǒng)性能的影響。首先,對傳統(tǒng)的豎直地埋管換熱器傳熱模型進行研究,探討土壤與換熱器之間的傳熱過程。然后基于多孔介質(zhì)的基本理論,考慮地下水滲流帶來的影響,建立土壤熱滲耦合作用下的豎直地埋管換熱器數(shù)學模型,并利用有限差分法求得模型的數(shù)值解。以傳統(tǒng)的U型管換熱器程序為基礎,建立考慮地下水滲流影響的豎直地埋管換熱器程序,為了驗證程序的準確性,對已有的沙箱實驗裝置的進出口流體溫度數(shù)據(jù)進行驗證,模擬與實驗結(jié)果絕對誤差在±0.2℃以內(nèi),驗證結(jié)果良好。最后,以實際工程為研究對象,在系統(tǒng)瞬時模擬軟件中構(gòu)建土壤熱滲耦合作用下的豎直地埋管地源熱泵系統(tǒng),分別在有無地下水滲流的工況下進行全年逐時模擬,結(jié)果表明:與無地下水滲流工況相比,地下水滲流能提高系統(tǒng)供暖季出口流體溫度,降低供冷季出口流體溫度,系統(tǒng)年平均出口流體溫度降低了0.36℃,結(jié)論是地下水滲流可以強化地埋管換熱器的換熱能力,同時削弱土壤中熱量/冷量的累積效應,使得土壤溫度的變化幅度更小。此外,本文還分別在6種不同的滲流工況下進行地源熱泵系統(tǒng)10年長期模擬運行,結(jié)果表明隨著地下水滲流速度和土壤孔隙率增大,地下水滲流對地源熱泵系統(tǒng)的影響增強,更有利于系統(tǒng)長期運行。
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TU83;TK529
【圖文】：

圖 1.1 豎直地埋管地源熱泵系統(tǒng)示意圖地源熱泵系統(tǒng)特點源熱泵系統(tǒng)被譽為 21 世紀的綠色空調(diào)技術，主要有以下用清潔可再生能源 太陽能是一類取之不盡用之不竭的新像是一個巨大的太陽能收集器，收集了約 1/2 太陽輻射年人類消耗的能量總和還不及地表收集太陽能的 1/500[11

華 中 科 技 大 學 碩 士 學 位 論 文質(zhì)理論改進傳熱模型，在模型中加入地下水滲流的影響。2）將考慮土壤熱滲耦合作用的豎直地埋管換熱器傳熱模型在系統(tǒng)瞬時序化，并改進現(xiàn)有的地埋管模塊，結(jié)合已有的實驗數(shù)據(jù)對地埋管模塊的證。3）整理醫(yī)院建筑的設計參數(shù)，結(jié)合當?shù)氐臍夂驍?shù)據(jù)，在負荷模擬軟件時冷熱負荷模擬計算。在系統(tǒng)瞬時模擬軟件中建立包含建筑負荷、熱泵滲耦合作用下的地埋管換熱器三個部分的地源熱泵系統(tǒng)模型，在多工運行，分析地下水滲流對地源熱泵系統(tǒng)性能的影響。術路線文主要技術路線如下圖：

15圖 2.1 二維網(wǎng)格劃分示意圖 ( , ) ( , ) ( , 1) ( , ) ( , ) ( , ) ( 1, ) ( , ) 向上相鄰節(jié)點（i， j 1）和（i， j） 之間熱流量i j 1i j 向上相鄰節(jié)點（， ）和（，）之間導熱系向上相鄰節(jié)點（i 1，j） 和（i， j） 之間熱流量i 1j i j 向上相鄰節(jié)點（ ，）和（，）之間導熱系散為：

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