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竖直埋管型地源热泵地下传热及热力性能的研究

赵军  
【摘要】: 本文在国家自然科学基金(井下换热器周围对流型地温地层内的传热特征研究)和天津市科技发展计划项目(生态能源建筑体系研究)的资助下,重点研究了地表热能(或称地温能)高效利用中的传热与热力性能问题,为可再生能源在生态能源建筑中发挥更大的作用提供依据。 本文明确地提出了地表热能作为一种可再生能源的概念。本文首先采用的研究方法是室内外的模拟实验;在此基础上,为突出理论研究的重点,提出了按照富含水与贫含水两类岩土层分别进行传热特性理论研究的新思路;并明确提出了以临界含水率作为两类岩土层分界的依据。 对于富含水地下土壤层,本文利用建立的室内模拟实验台与理论模型相结合的研究方法,建立了稳态的饱和型多孔介质层理论模型,总结归纳出无因次多孔介质参数的传热规律。在地表热能热储物性为200-2000(m.℃)的范围内进行的理论计算,得到了许多重要结果,为分析岩土层渗透系数、流体运动粘度和导温系数等对传热量的影响打下了良好基础。 对于贫含水地下岩土层建立了稳态与非稳态传热的理论模型,分析结果表明,岩土层的热储温度、导温系数、埋地换热器进水温度、流量以及地源热泵系统的运行时间或开停机比,都对埋地换热器的传热过程产生直接影响,可以推断,对于该类型岩土层的地源热泵系统,采用间歇运行将是有利的。 本文提出了节能特性分析原则,通过针对地源热泵系统评价指标、节能特性主要环节以及经济性能的分析与讨论,进一步明确了大幅度提高地表热能应用比例的研究重点与方向。


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