收藏本站
《哈尔滨工业大学》 2010年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

严寒地区太阳能—土壤耦合热泵季节性土壤蓄热特性研究

张文雍  
【摘要】: 太阳能-土壤耦合热泵(Solar-Ground Coupled Heat Pump, SGCHP)系统在用于严寒地区供暖时,由于建筑物的热负荷很大,热泵从土壤中的取热量也很大,系统常年运行地下土壤温度场难以得到恢复,使得热泵的供暖性能系数(Coefficient of Performance, COP)逐年下降。为此本文提出利用系统中原有装置收集非采暖季节的太阳能并通过土壤换热器储存到自然的土壤中,冬季再利用热泵将热量提取出来为建筑物供暖。这种季节性的土壤蓄热,不仅可以恢复和提高土壤温度,而且还能将非采暖季节丰富的太阳能转移到冬季使用,有效的增加了太阳能作为可再生能源热利用的范围,具有很大的节能意义。 为了系统准确的了解该蓄热过程的特性,本文首先建立了SGCHP供暖实验系统,监测了太阳能季节性土壤蓄热以及系统冬季供暖的性能,并对地下土壤温度场的变化作了较为系统的分析。与传统的SGCHP系统不同的是,增加了季节性土壤蓄热后,地下垂直U型埋管既是取热装置也是蓄热装置,具有双重功能,因此土壤换热器是蓄热系统中的一个关键部件,是研究该技术的核心和应用的基础。基于此,本文利用FLUENT建立了由多个垂直U型埋管组成的群井土壤换热器的三维非稳态传热模型,并通过FLUENT软件提供的扩展功能——用户自定义函数(User-Difined Function, UDF)编写太阳能集热器等其它设备模型程序动态加载到群井土壤换热器模型中,实现了对太阳能季节性土壤蓄热过程的动态仿真。此外,为研究地下土壤蓄、取热的热平衡问题,将蓄热系统仿真模型扩展到全年供暖系统仿真模型。通过模拟结果与实测数据的比较,验证了本文所建数学模型的可靠性和正确性。 通过仿真模拟,从理论上分析了埋管间距、埋管深度、土壤换热器所在位置地表有无建筑以及土壤作为蓄热介质本身参数对土壤蓄热特性的影响,并分析了基于负荷特性下太阳能集热器的倾角、蓄热启动温度对土壤蓄热特性的影响。通过监测蓄热运行参数和土壤温度场的变化,对蓄热指标:蓄热温差、蓄热运行时间、月蓄热量和总蓄热量、蓄热能效比、蓄热功率、单位埋深蓄热量等进行了理论研究。 最后,从蓄热后土壤的取热特性以及温变特性出发,主要包括土壤取热量、单位埋深取热量、蒸发器进出口温度、土壤温度场以及热泵、系统供暖和系统全年COP,探讨了整个供暖系统在常年运行条件下土壤的蓄热特性和取热特性的逐年变化以及二者的相互影响。并通过观察土壤温度场的逐年变化分析了土壤的热堆积效应和热平衡状况。研究结果表明,在运行控制条件不变的情况下,土壤温度逐年升高,蓄热效率逐年降低;系统运行的最初3年两者变化较快,随后趋势逐渐变缓;热泵COP逐年升高,但升高的幅度不大,基本维持在较高的水平。因此,在系统运行3年以后可适当减少蓄热量,使土壤热量达到平衡。该部分研究可为该系统的长期运行和推广提供指导。 SGCHP系统结合季节性土壤蓄热,克服了太阳能热利用在季节性上不匹配的缺点,扩大了太阳能热利用的深度和广度。通过太阳能季节性土壤蓄热,热泵低温热源的温度得到了提升,从而有效地提高了热泵和供暖系统的COP,节能效果十分显著。在目前环境问题日益严重,国家大力发展低碳产业的大环境下,该系统必将会得到长足的发展和广泛的应用。本文所作的研究工作可以为今后季节性土壤蓄热SGCHP系统的应用提供理论基础和技术支持。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TU831.6

手机知网App
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 赵达;张欣艳;王畅;刘逸;;太阳能—土壤源热泵空调系统研究[J];黑龙江八一农垦大学学报;2006年03期
2 周亚素,张旭,陈沛霖;土壤源热泵机组冬季供热性能的数值模拟与实验研究[J];东华大学学报(自然科学版);2002年01期
3 罗苏瑜;;土壤蓄热与土壤源热泵集成系统的数值模拟[J];节能;2007年06期
4 刘宪英,胡鸣明,魏唐棣;地热源热泵地下埋管换热器传热模型的综述[J];重庆建筑大学学报;1999年04期
5 余延顺,马最良,廉乐明;太阳能热泵系统运行工况的模拟研究[J];流体机械;2004年05期
6 杨卫波,董华;土壤源热泵系统国内外研究状况及其发展前景[J];建筑热能通风空调;2003年03期
7 胡松涛,张莉,王刚;太阳能-地源热泵与地板辐射空调系统联合运行方式探讨[J];暖通空调;2005年03期
8 徐琳;张旭;张学庆;;土壤热源热泵系统节能分析[J];煤气与热力;2006年03期
9 韩宗伟;郑茂余;刘威;王芳;;严寒地区太阳能—土壤源热泵相变蓄热供暖系统[J];太阳能学报;2006年12期
10 旷玉辉,王如竹,于立强;太阳能热泵供热系统的实验研究[J];太阳能学报;2002年04期
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 王潇;低温地面辐射供暖系统调节的研究[D];哈尔滨工业大学;2006年
2 罗苏瑜;土壤蓄能与土壤源热泵集成系统地埋管换热特性研究[D];中南大学;2007年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 毛军,薛琳,熊艳;在本科力学课程中引入计算力学内容的可行性分析[J];北方交通大学学报(社科版);2003年02期
2 张晓英,张美红,张震,王国玉,石惠宁;CFD技术在喷水推进泵级内部流动计算中的应用[J];车辆与动力技术;2004年04期
3 刘西侠,毕小平,赵以贤;装甲输送车乘员舱内三维空气流动与传热的数值计算[J];兵工学报;2003年01期
4 陈雄,郑亚,周长省,鞠玉涛;冲压增程弹丸进气道复杂湍流流场数值仿真[J];兵工学报;2005年03期
5 李炎锋;孙成雷;;大空间建筑火灾烟气层高度扩散的数值模拟[J];北京工业大学学报;2005年S1期
6 朱进容,吴宏,陶智,丁水汀,徐国强;旋转状态下涡轮叶片前缘的流动与换热[J];北京航空航天大学学报;2005年02期
7 徐姚,张政,程学文,郑玉贵,柯伟,姚治铭;旋转圆盘上液固两相流冲刷磨损数值模拟研究[J];北京化工大学学报(自然科学版);2002年03期
8 宁成浩,张政;CFX4.3软件对拦油栅拦油失效的数值模拟[J];北京化工大学学报(自然科学版);2002年05期
9 杨烨,王翠苹,李定凯,吕子安;射流悬浮床气固两相流动的数值模拟[J];北京化工大学学报(自然科学版);2003年02期
10 张政,杨晓洪;应用控制容积有限元法分析注射充模过程中塑料熔体的流动与传热[J];北京化工大学学报;1995年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 王恩宇;齐承英;杨华;张慧川;吕延松;;太阳能跨季节储热建筑供热系统及土壤储热实验分析[A];中国制冷学会2007学术年会论文集[C];2007年
2 黄娟;张志国;陈汝钢;方成跃;;船用径向滑动轴承油膜润滑的数值模拟[A];2007年船舶力学学术会议暨《船舶力学》创刊十周年纪念学术会议论文集[C];2007年
3 牛润萍;张欢;林黎;吕强;;用于暖通空调的可再生能源技术与绿色建筑[A];节能环保 和谐发展——2007中国科协年会论文集(二)[C];2007年
4 李遵悦;赵斌;刁乃仁;;复合低位热源热泵供热空调机组的研究[A];第13届全国暖通空调技术信息网技术交流大会文集[C];2005年
5 郭辉;袁旭东;;地源热泵地下换热器的传热研究[A];武汉市首届学术年会论文集[C];2004年
6 陈雄波;段子冰;王原;;三维水流方程迭代求解时不同步修正[A];第十二届中国海岸工程学术讨论会论文集[C];2005年
7 何静波;黄因慧;田宗军;刘志东;王玮琳;刘朝晖;;激光重熔过程流场及温度场的数值模拟研究现状和发展[A];2005年中国机械工程学会年会论文集第11届全国特种加工学术会议专辑[C];2005年
8 李旻;刁乃仁;方肇洪;;单井回灌地热换热器井内的数值模型[A];2005年山东省制冷空调学术年会论文集[C];2005年
9 李昱;刁乃仁;;复杂方腔内自然对流换热数值分析[A];2005年山东省制冷空调学术年会论文集[C];2005年
10 李昱;刁乃仁;;基于Fortran95的SIMPLE程序设计[A];2005年山东省制冷空调学术年会论文集[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 魏唐棣;地源热泵地下套管式埋管换热器性能研究[D];重庆大学;2001年
2 刘安源;流化床内流动、传热及燃烧特性的离散颗粒模拟[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2002年
3 黄生洪;火箭基组合动力循环(RBCC)引射模态燃烧流动研究[D];西北工业大学;2002年
4 廖曙江;大空间建筑内活动火灾荷载火灾发展及蔓延特性研究[D];重庆大学;2002年
5 张大林;人机与环境工程中若干问题的数值模拟研究[D];南京航空航天大学;2002年
6 刘永军;钢筋混凝土结构火灾反应数值模拟及软件开发[D];大连理工大学;2002年
7 王晓玲;精馏塔板上流体三维流场及传质的模拟[D];天津大学;2003年
8 赵军;竖直埋管型地源热泵地下传热及热力性能的研究[D];天津大学;2003年
9 王景刚;自然工质热泵循环和地源热泵运行特性研究[D];天津大学;2003年
10 李文艳;电站锅炉煤粉燃烧过程及结渣的数值模拟[D];华北电力大学(北京);2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 侯晓侠;长江中下游地区冬季太阳能—土壤源热泵系统的研究[D];华中科技大学;2005年
2 陈晓燕;某发动机滑油散热系统的性能研究[D];南京航空航天大学;2007年
3 魏紫娟;土壤源热泵套管式垂直埋地换热器的传热研究[D];西南交通大学;2005年
4 张新宇;土壤源热泵地下换热系统温度场分析[D];北方工业大学;2005年
5 吕丽霞;地源热泵地下换热埋管传热特性研究[D];大连理工大学;2005年
6 胡斌;循环流化床锅炉(CFB)炉膛内流动结构与温度分布数值模拟计算[D];大连理工大学;2000年
7 刘岚;蒸汽喷射器三维流场的数值模拟计算与分析[D];大连理工大学;2000年
8 李宇;同位网格有限体积数值方法在水力学计算中的应用及研究[D];西安理工大学;2001年
9 樊莉;超临界锅炉水冷壁管传热特性的研究[D];华北电力大学;2002年
10 曹松峰;卧式反应器特性与数值模拟[D];浙江大学;2002年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 赵兰萍,徐烈,李兆慈,孙恒;固体界面间接触导热的机理和应用研究[J];低温工程;2000年04期
2 李侃社,王琪;聚合物复合材料导热性能的研究[J];高分子材料科学与工程;2002年04期
3 高一平;利用太阳能的路面融雪系统[J];国外公路;1997年04期
4 刘文燕,耿耀明;混凝土表面太阳辐射吸收率试验研究[J];混凝土与水泥制品;2004年04期
5 张喜明;于立强;旷玉辉;;太阳能热泵供热系统实验台的设计及误差分析[J];节能技术;2006年04期
6 孙志林;杨柳;屈宗长;;太阳能热泵系统及其供热系数比较[J];制冷空调与电力机械;2005年06期
7 刘森元,黄远锋;天空有效温度的探讨[J];太阳能学报;1983年01期
8 叶昌明,陈永林;热传导高分子复合材料的导热机理、类型及应用[J];中国塑料;2002年12期
9 王侃宏,毕文峰,乔华,侯立泉;太阳能辅助加热土壤源热泵系统理论分析[J];河北建筑科技学院学报;2005年01期
10 赵达;张欣艳;王畅;刘逸;;太阳能—土壤源热泵空调系统研究[J];黑龙江八一农垦大学学报;2006年03期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 李新国;埋地换热器内热源理论与地源热泵运行特性研究[D];天津大学;2004年
2 杭雷鸣;我国能源消费结构问题研究[D];上海交通大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前5条
1 林密;地下蓄能和太阳能复合系统工程应用分析[D];吉林大学;2007年
2 王庆艳;太阳能—土壤蓄热融雪系统路基得热和融雪机理研究[D];大连理工大学;2007年
3 宋光明;太阳能在多高层住宅建筑中的应用研究[D];河北工业大学;2005年
4 卜亚明;太阳能采暖系统在小城镇住宅建筑中应用技术的研究[D];同济大学;2006年
5 毛会敏;土壤源热泵空调系统的设计与经济性分析[D];哈尔滨工业大学;2006年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王毅,杨婷,王玲玲;热水供热系统的水力平衡与水力稳定性[J];大连大学学报;2003年06期
2 吴国忠,陈超;埋地管道传热数值模拟网格划分方法[J];大庆石油学院学报;2005年02期
3 章俞昌,潘金文;地源热泵技术的特点及其在空调工程中的应用[J];工程建设与设计;2003年08期
4 王景刚,马一太,张子平,王侃宏,候立泉;地源热泵的运行特性模拟研究[J];工程热物理学报;2003年03期
5 王松平,陈清林,尹清华,华贲;强化对流传热场协同唯象机制及其控制[J];工程热物理学报;2004年01期
6 张东晖,施明恒;分形多孔介质中的热传导[J];工程热物理学报;2004年01期
7 方肇洪,刁乃仁,曾和义;地热换热器的传热分析[J];工程热物理学报;2004年04期
8 朱赛鸿,张可发,袁景玉;低温地板辐射采暖技术及在住宅中应用的可行性分析[J];河北工业大学学报;2001年06期
9 刘宪英,胡鸣明,魏唐棣;地热源热泵地下埋管换热器传热模型的综述[J];重庆建筑大学学报;1999年04期
10 何雪冰,丁勇,刘宪英;地源热泵埋管换热器传热模型及其应用[J];重庆建筑大学学报;2004年02期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 曲云霞;地源热泵系统模型与仿真[D];西安建筑科技大学;2004年
2 王勇;动态负荷下地源热泵性能研究[D];重庆大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前5条
1 王文;燃气热水器辐射地板及地源热泵辐射地板试验研究及传热模型[D];重庆大学;2001年
2 余乐渊;地源热泵U型埋管换热器传热性能与实验研究[D];天津大学;2004年
3 周兴红;低温地板辐射采暖数值模拟及其性能分析[D];南京理工大学;2004年
4 宗杰;低温地板辐射采暖系统调节性能研究[D];天津大学;2003年
5 余传辉;地下土壤导热系数计算方法及结果分析[D];吉林大学;2006年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 ;《第八届全国余热制冷与热泵技术学术会议》将在明年举行[J];制冷技术;1996年04期
2 汤蓓;中日交流热泵蓄能技术 展现蓄冰供冷技术应用前景[J];建设科技;2005年16期
3 江雄志;赵会芳;刘炳虎;李超;;桥东污水厂污水(中水)源热泵系统设计[J];中国给水排水;2005年12期
4 吕悦;邓海燕;;开启地源热泵技术城市级应用的序幕——首届中国地源热泵技术城市级应用高层论坛综述[J];工程建设与设计;2006年12期
5 石定寰;;地源热泵技术打开地源利用新局面[J];工程建设与设计;2006年12期
6 薛越霞;;热泵技术的应用对环境影响的初探[J];工程建设与设计;2007年07期
7 张莉;龚娇;;建筑节能中暖通空调的一般技术措施[J];制冷与空调(四川);2008年05期
8 李阳;;浅谈水源热泵技术的发展[J];华章;2011年03期
9 鲁晓舟;地源热泵技术,有效提升住宅的使用功能——访沈阳第一冷冻机有限公司北京分公司经理刘建军[J];中国住宅设施;2004年10期
10 许维秀;热泵技术在精馏中的应用[J];节能与环保;2005年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 何宏舟;;耦合热泵技术的地热能利用研究[A];“洁净能源与经济”学术年会专辑[C];2001年
2 徐文忠;冯永华;;火电厂循环冷却水废热热泵回收利用问题研究[A];2007年山东省制冷空调学术年会论文集[C];2007年
3 陈政高;;辽宁省委常委、市委书记陈政高提出 大力推广应用地源热泵技术努力建设资源节约型和环境友好型社会[A];首届中国地源热泵技术城市级应用高层论坛论文集[C];2006年
4 ;内容提要[A];地温资源与地源热泵技术应用论文集(第一集)[C];2007年
5 王永胜;;武汉推广地源热泵所做的工作[A];第二届中国地源热泵技术城市级应用高层论坛论文集[C];2007年
6 吕悦;陈岩;;地源热泵技术在中国的发展[A];首届中国地源热泵技术城市级应用高层论坛论文集[C];2006年
7 徐文忠;孙始财;;火电厂循环冷却水废热回收利用问题研究[A];山东省暖通空调制冷2007年学术年会论文集[C];2007年
8 ;前言[A];地温资源与地源热泵技术应用论文集(第三集)[C];2009年
9 马德军;;空气能热泵产业在我国的发展战略及前景[A];住宅建设的创新/发展(六)[C];2010年
10 江耀;卜云龙;周增产;杨仁全;张春敏;张栋;龙智强;;浅层地能在农业设施中的应用研究[A];2007年中国农业工程学会学术年会论文摘要集[C];2007年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 沈宗河 记者 刘妮;坚定信心坚持创新推进地源热泵工程不断向前发展[N];沈阳日报;2007年
2 于海;地源热泵今年再添1600万平方米[N];沈阳日报;2008年
3 彭跃东;东大游泳馆首尝“地热”甜头[N];沈阳日报;2007年
4 本报记者 李响;让浅层地热“热”起来[N];中国国土资源报;2008年
5 本报记者 王云峰;地源热泵的推广清洁并温暖着沈阳[N];辽宁日报;2007年
6 文君 和平;沈阳推广地源热泵技术[N];中国职工科技报;2007年
7 岳阳刘佳;沈阳全面推广地源热泵技术[N];中国矿业报;2008年
8 中国楼市记者 马华;地源热泵推广面临市场尴尬[N];中国建设报;2005年
9 记者 李丹 岳阳;沈阳地热供暖成趋势[N];中国建设报;2006年
10 记者 水华;沈阳新建房采用地源供热[N];中国环境报;2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张文雍;严寒地区太阳能-土壤耦合热泵季节性土壤蓄热特性研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
2 张文雍;严寒地区太阳能—土壤耦合热泵季节性土壤蓄热特性研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
3 陈轶光;内燃机热泵独立供能系统的理论模拟与实验研究[D];天津大学;2010年
4 王潇;季节性蓄热太阳能—土壤耦合热泵系统运行特性及优化[D];哈尔滨工业大学;2011年
5 徐光辉;北京地区浅层地温能资源评价示范研究[D];中国地质大学(北京);2007年
6 郑兴华;微纳热功能粉体材料传热及蓄热特性研究[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2012年
7 刘拴强;热泵式溶液调湿空气处理装置的研究[D];清华大学;2010年
8 王锡;新型分布式供能系统热力特性研究[D];华北电力大学(北京);2011年
9 钱剑峰;采集凝固热热泵系统的形式与工况分析[D];哈尔滨工业大学;2008年
10 阳季春;间接膨胀式太阳能多功能热泵系统的研究[D];中国科学技术大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 孙海龙;严寒地区空气热源土壤蓄热热泵供暖系统可行性研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
2 江勇;新型热泵式两段加热型开水器的研制[D];江苏科技大学;2011年
3 张淑秘;热管热泵低温热能回收应用研究[D];吉林建筑工程学院;2010年
4 宋志雄;太阳能辅助多功能热泵实验研究[D];江苏科技大学;2011年
5 刘玉迁;新型间膨式太阳能辅助多功能热泵的实验研究[D];浙江大学;2011年
6 王超生;平行流换热器在江水源热泵中的应用研究[D];重庆大学;2009年
7 张海峰;相变储热型热泵热水器的理论与实验研究[D];浙江大学;2005年
8 郑晓琴;洗浴废水热回收热泵系统的分析与研究[D];大连理工大学;2007年
9 林伟;热泵与热电联产耦合供暖系统研究[D];华北电力大学(北京);2011年
10 胡刚;太阳能热泵供热技术在别墅采暖中的应用实验研究[D];哈尔滨工业大学;2006年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026