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地源热泵回填料的导热性能研究

司刚平  
【摘要】:能源已成为我国乃至整个世界经济发展的瓶颈所在,化石能源在供应和需求上的矛盾越来越突出,各国纷纷将目光投向新能源的开发,地热资源作为新能源中的可再生能源,特别是浅层地热资源,由于其广泛存在性,备受各国关注,并广泛应用于建筑耗能、工业加工及农业生产等各个领域。其中在建筑耗能领域,作为浅层地热采集技术的“地源热泵”被誉为“21世纪的绿色空调技术”。 地源热泵技术在我国的应用研究始于上个世纪末,经过十多年的发展,该项技术已开始逐步走向市场化,这期间对该技术的研究从未停止过,但至今仍存在初始投资费用高和长期运行效果难以保证等问题,这些问题都集中在地下换热器部分,地下换热器设计效果的好坏直接决定整个系统性能优良与否。影响地下换热器运行效果的因素很多,本论文是从地下换热器钻孔用回填材料的热传导性能方面展开了讨论与研究。一方面热传导性能良好的回填材料可以增强地源热泵的换热效率,缩短换热孔的设计深度,从而降低初始投资;另一方面回填材料宜经久耐用且性能稳定,保证系统长期稳定的运行。 本论文在自行研制的试验设备的基础上对换热孔回填材料的热传导性进行了模拟试验研究。对膨润土基和水泥基两种不同的换热孔回填材料的热传导性进行了试验测试和对比分析。试验发现膨润土基回填材料热传导能力较低,且在干燥失水的情况下,收缩严重出现大量裂隙,在地下水位年变化较大或干旱地区,不宜采用该回填材料,影响系统运行的稳定性;水泥基回填材料传热效果较好,且干缩不明显,属性能较稳定的回填材料,适应于各种地层条件,尤其是干旱或基岩地区;对两种回填材料都有一个共同的趋势,就是增加石英砂骨料的比例都会不同程度的提高材料的热传导能力;试验还对水灰比对回填材料热传导性能的影响作了测试分析,测试发现回填料热传导系数有随水灰比的减小而增大趋势。论文最后结合北京地区的实际工程情况,对地源热泵地下换热器回填料的选用给出了可行性建议。


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