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南方地区浅层地源热泵利用研究

周游  
【摘要】: 地源热泵系统是一种高效节能型并能实现可持续发展的新技术,被认为是本世纪最具发展前途的热泵空调技术之一。然而浅层地源热泵在我国的应用面临着技术水平较低、区域适应性差、理论研究滞后以及维护困难等问题,且其中的关键技术土壤埋管换热器计算理论还不成熟,广泛应用受到限制。因此,适合我国特点并满足不同要求的地源热泵系列产品尚未形成,有待积极开发。而本文的工作就是设计出一种能充分利用浅层地源且适应性强的浅层地源换热器,促进浅层地源热泵在我国南方的广泛推广。 本文提出了一种新型的地源换热器的设计思想,本设计换热器由两个均流静压槽及静压槽之间的换热管三大部分构成。流体经均流静压槽分流后在各换热管中同向流动,管间传热几乎可以忽略,因此,它能充分利用浅层地源;且结构简单实用,施工方便,易于维护,尤其适合我国南方广大农村和中小城镇。同时,从传热学基本原理出发,根据能量平衡方程、对流换热和导热理论,导出了相应的埋管换热简明算法模型。此模型给出了换热管管长与换热管段流体进出口温度的关系计算式。 以浅层土壤源热泵换热器为研究对象,在湖南大学校内建立了相应的实验台。通过对埋管处土壤参数的测试和分析确定了浅层地源换热器埋深为2米。经过夏季和冬季实验测得,该类换热器单位长度换热量比竖直埋管的还好,且能达到普通水平埋管的两倍左右,能充分利用浅层地源。通过模型计算值与实测值的比较表明,换热器出口水温的计算值与实测值在夏季能较好的吻合,误差在2%以内。同时还对土壤的初始温度场及变化和恢复情况进行了分析。


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