地源熱泵土壤換熱器溫度場數(shù)值模擬及技術(shù)經(jīng)濟分析.pdf

1、地源熱泵系統(tǒng)已在東歐和北美等國家獲得廣泛應(yīng)用，但在我國尚處于起步階段。目前國內(nèi)土壤源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計仍是經(jīng)驗性的，即使有一些可供借鑒的理論依據(jù)，但由于地質(zhì)、氣候、系統(tǒng)類型、材料選擇等的差異，這些理論的應(yīng)用范圍非常有限。近年來蓬勃發(fā)展的數(shù)值計算給地源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計提供了很好的解決方案，很大程度上彌補了理論分析的不足。 現(xiàn)有的有關(guān)地源熱泵數(shù)值模擬的研究中，不僅多數(shù)是進行穩(wěn)態(tài)工況的分析，而且還通常將埋地U形管簡化成線熱源，沒有考慮流固耦

2、合的換熱特性。因此，如果能針對土壤埋管進行非穩(wěn)態(tài)分析，同時考慮流固耦合的傳熱問題，將有助于提高系統(tǒng)設(shè)計的精度。此外，針對整個地源熱泵的技術(shù)經(jīng)濟分析，也將為系統(tǒng)的節(jié)能降耗提供新的思路。 論文首先介紹了地源熱泵的研究背景和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，然后介紹了與換熱器相關(guān)的土壤特性及U型管換熱模型。模擬了土壤源換熱器二維穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)溫度分，利用技術(shù)經(jīng)濟分析方法分析了系統(tǒng)各部件能量損失。主要內(nèi)容有：(1)模擬不同運行工況下地源熱泵地埋U形管的傳熱量(熱

3、流密度)和土壤溫度場；(2)通過數(shù)值模擬考察埋管深度、U形管進出水溫和流速、管徑、土壤和回填土等因素對U形管周圍土壤溫度分布的影響；(3)針對地源熱泵系統(tǒng)，采用技術(shù)經(jīng)濟分析方法，尋求最佳運行模式。 結(jié)論：(1)流體溫度升高時，土壤深度方向上換熱器與土壤的換熱能力下降，徑向外延換熱能力上升；(2)流體速度對換熱器的換熱影響很?。?3)管材、回填土的導(dǎo)熱率越大，換熱效率越高；(4)火用損主要是由系統(tǒng)中的壓縮機、換熱器和循環(huán)泵的不可逆