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中埋双U管地源热泵系统运行特性的分析与实验研究

任艳  
【摘要】: 地埋管地源热泵系统由于受资源限制较小,安全稳定性高,在住宅、商业等建筑中得到广泛应用,尤其是在北京这样一个水资源贫乏地区,其应用率达到35%。但由于缺乏实际工程运行特性的基础数据,致使指导工程设计的方法仍然仿照国外技术,没有适合中国水文地质条件、经济条件、建筑围护结构等条件的成熟设计方法。另外,指导工程实践的实验研究多数针对单个钻孔、深埋管,也没有考虑系统长期高效运行的可行性以及地层结构状况的复杂性等因素。 为此,本研究以北京奥林匹克森林公园办公建筑用中埋双U管热泵系统为研究对象,搭建了1:1的在线、连续、实时的监控实验平台,通过全程长期的监控系统供热、供冷运行状况,跟踪采集基础数据,并采用理论与数值模拟相结合的方法从以下五个方面进行了研究工作: 首先,对中埋地埋管地源热泵系统的定义及其构成进行了阐述;在分析研究地埋管换热器传热模型的基础上,归纳总结出地下换热器传热与流动特性的主要影响因素。 第二,以园区内具有典型特点的中埋地埋管热泵系统为工程案例,采用DeST软件与实测相结合的方法分析研究了此类建筑的空调负荷特性。 第三,通过实测数据与数值模拟软件TRNSYS相结合的方法重点分析研究了地埋管系统稳定运行期间管内流速、土壤导热系数、土壤初始温度、钻井深度等因素对中埋双U管传热量的影响规律以及全年空调负荷与冷热堆积的问题。 第四,以实测数据为基础,依据工程热力学原理,重点分析研究了空调末端负荷及蒸发温度、冷凝温度等因素对地源热泵机组运行特性的影响规律。 第五,运用数值模拟软件TNRSYS分析研究了管内流速、土壤导热系数、回填材料导热系数、埋管进水温度、钻孔深度以及钻孔间距等因素在冬夏不同工况下,对40m埋深单(双)U形地埋管换热系统换热性能的影响规律。同时认识到现行地埋管设计中存在的主要问题,并建立了可行的设计方法体系,对选取的典型建筑进行了系统优化设计。


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