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土壤热物性测试仪的研发与应用

于新  
【摘要】: 土壤源热泵空调是一种利用浅层地热的可再生能源空调技术,具有高效节能环保的特点。在地源热泵技术中,地埋管换热器的换热性能对地源热泵系统的整体性能有着决定性的影响,而土壤热物性参数是埋地管换热器设计中的关键参数,直接决定了地埋管的长度和地源热泵系统的初投资。因此,准确地获得土壤热物性参数是非常重要的。 本文在分析调研国内外研发的土壤热物性测试仪基础上,根据热响应原理研制出了一台以PLC为数据采集和处理核心的土壤热物性测试仪,同时编写了一套计算土壤热物性参数的相关软件。实际应用表明,该测试仪具有操作方便、使用安全、稳定可靠、测试精度高等优点,能够顺利完成土壤热物性的测试任务。 在土壤热响应测试实验的基础上,通过对地源热泵换热器地下竖直埋管非稳态传热分析,提出了针对回填材料的热阻修正因子,并引入了热短路修正方法对循环水平均温度进行修正。同时在综合考虑对Carslaw柱源模型已有修正的基础上,提出了圆柱源综合修正模型。然后借助二维垂直换热器数值模型,将原模型和柱热源修正模型的计算结果进行了比较,证明了修正模型比原模型具有更好的计算精度。本文还进一步分析了回填土导热系数、等价半径、热流不均匀、热短路等因素对计算结果的影响,进一步验证了修正模型的精确性并提出了提高计算速度的方法。本课题的研究提高了土壤热物性参数的计算准确度,对于土壤热响应测试的发展起到了一定的推动作用。


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