發(fā)布時間：2020-08-13 09:10

【摘要】： 埋管換熱器占地面積大與冬夏熱不平衡造成系統(tǒng)的出力不足一直是土壤源熱泵技術在推廣應用中存在的兩大問題；同時，電網峰谷負荷差逐年上升是造成我國電力供應緊張的主要因素。本文出于解決以上兩大難題，結合土壤蓄能技術的特點，創(chuàng)造性地提出了土壤蓄能與土壤源熱泵集成系統(tǒng)。該系統(tǒng)充分利用了土壤蓄能技術和土壤源熱泵技術的優(yōu)點，將蓄能裝置轉移到土壤源熱泵的地下埋管換熱器系統(tǒng)中，使埋管換熱器和蓄能裝置合二為一，各取所長。 通過對土壤層內雙功能U型埋管換熱器傳熱過程的分析，在能量守恒基礎上，首次建立了地下管群換熱器分別在土壤蓄能、釋能過程以及停機工況下的三維傳熱數學模型。通過數值模擬，從理論上分析了埋管管材、回填材料、土壤類型、鉆井深度、埋管間距以及系統(tǒng)的預蓄冷時間對系統(tǒng)運行特性的影響；結合冬季兩種不同模式的運行工況分別對在其運行條件下的地埋管換熱器進行了結構優(yōu)化。為新系統(tǒng)的地下埋管換熱器的優(yōu)化設計及系統(tǒng)參數匹配等方面提供理論支持與技術儲備。 通過本文的研究結果表明：土壤蓄能與土壤源熱泵集成系統(tǒng)技術的應用可以減小埋管換熱器的占地面積、解決冬夏熱不平衡以及平衡電網峰谷負荷，將會為21世紀的建筑提供一種節(jié)能、清潔與可持續(xù)發(fā)展的空調方式。
【學位授予單位】：中南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2007
【分類號】：TH38
【圖文】：

絀妒墾絎宦畚牡詼錅碌羋窆芑蝗繞鞔鄥饒Ｐ偷睦礪堊芯?蓄能與土壤源熱泵集成系統(tǒng)的地下U型埋管換熱器由里及外分別為水、管、回填材料和上壤，如圖2一1所示。因此，埋管的管內壁與土壤之間的換熱實際上是一個通過多層介質的導熱過程，具體由7個傳熱過程組成:進入U型管的流體首先與管內壁對流換熱過程、管壁的導熱過程、管外壁面與回填物之間的傳熱過程、回填物內部的導熱過程、回填物與孔壁的傳熱過程、孔壁周圍即土壤的導熱過程和大氣與地表面對流換熱與熱輻射。整個傳熱的過程涉及對流換熱，熱傳導以及熱輻射。廠廠嘩茱塑》訟、土壤 lllll聾___一 一圖2一1雙功能U型埋管換熱器結構示意圖管壁與回填材料，回填材料與土壤之間的傳熱涉及多孔介質中的熱傳導，如果認為埋管與回填土、回填土與土壤之間接觸緊密，即忽略接觸熱阻，則可省去換熱管外壁面與回填物之間的傳熱過程和回填物與孔壁的傳熱過程。土壤是一個飽和的或部分飽和的含濕多孔介質體，因為土壤中一般都含水分，從熱力學角度分析，土壤中熱量的傳遞會引起水分的遷移，水分的遷移又伴隨著熱量的傳遞;如果地下?lián)Q熱器的安裝地點有比較豐富的地下水的話

模型計算的主要區(qū)域，如管內流體和管壁，適當加密網格;在滿足計算精度的前提下，盡量減少其它非主要計算區(qū)域的網格。根據對稱性，只模擬四分之一的物理模型，其網格劃分如圖2一3所示。圖2一3雙功能U型理管換熱器物理模型的網格劃分圖2.4.2方程的求解方程的求解是借助以大型商業(yè)軟件FLUENT為平臺，以GAMBIT軟件為結構及網格劃分前處理輔助工具，通過合理假設和簡化，建立雙功能U型埋管換熱器的數學物理模型，實現對雙功能U型埋管換熱器的數值模擬。(l)管內流體的流動方程求解:根據計算出來的雷諾數可知管內流體的流動屬于湍流，結合以上的控制方程對管內流體的流動的數值計算在FLUENT里選取了k一。模型進行求解。

中南大學碩士學位論文第四章冬季工況系統(tǒng)地埋管換熱器的結構優(yōu)化當管間距為0.6m時，平均每根外層管的日取熱量高出內層管8.gMJ;當管間距為0.sm時，平均每根外層管的日取熱量高出內層管5.3MJ;當管間距為lm時，平均每根外層管的日取熱量高出內層管3.ZMJ;所以，在熱量不足的情況下，可優(yōu)先采取增加外層管的數量來進行取熱。

【引證文獻】

相關期刊論文 前2條

1 曹孜孜;蔣綠林;劉衛(wèi)火;;蓄能技術在土壤源熱泵熱失衡問題中的應用[J];化工機械;2011年04期

2 齊子姝;江彥;;套管式地下?lián)Q熱器傳熱特性分析[J];吉林建筑工程學院學報;2012年03期

相關博士學位論文 前4條

1 張文雍;嚴寒地區(qū)太陽能-土壤耦合熱泵季節(jié)性土壤蓄熱特性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2010年

2 張文雍;嚴寒地區(qū)太陽能—土壤耦合熱泵季節(jié)性土壤蓄熱特性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2010年

3 江彥;地下能量傳輸及其傳熱控制研究[D];吉林大學;2010年

4 齊子姝;地能利用熱泵系統(tǒng)能量多樣化機制及其效能[D];吉林大學;2012年

相關碩士學位論文 前4條

1 王麗華;地下巖土蓄能動態(tài)控制及其熱變性分析[D];吉林大學;2011年

2 于佳;西藏林芝地區(qū)民居冬季熱環(huán)境研究[D];華中科技大學;2011年

3 高承苗;基于工業(yè)余熱—地源熱泵復合系統(tǒng)的地下蓄熱研究[D];山東建筑大學;2012年

4 滿吉芳;基于地源熱泵的季節(jié)性凍土區(qū)擋土墻防凍脹系統(tǒng)研究[D];蘭州交通大學;2012年

本文編號：2791800