一、U型垂直换热器地源热泵夏季供冷测试及传热模型(论文文献综述)
张东海[1](2020)在《分层和渗流条件下竖直地埋管换热器传热特性研究》文中提出地源热泵系统通过地下埋管换热器实现和周围地下岩土介质的热量交换,地下埋管换热器设计合理与否,决定着地源热泵系统的可靠性和经济性,是地源热泵系统能否安全高效运行的核心所在。建立准确的地下埋管换热器传热模型并用以预测其传热特征和传热规律,是合理设计地下埋管换热器的前提。地下岩土构造复杂多变,一般呈现出明显的分层特性,甚至局部出现地下含水分层构造,地埋管和周围岩土间的传热本质上属于变物性复杂介质条件下的非稳态传热问题。开展复杂条件下岩土介质中地埋管的传热规律研究,对于地埋管换热器的设计和优化具有重要的实际意义。本文采用理论解析、数值模拟、原位实验和室内测试相结合的方法,开展了复杂条件下竖直地埋管换热器的传热特性研究。通过建立能够准确反映现场实际地质条件的地埋管传热理论和数值模型,研究了分层和渗流条件下地埋管的传热规律和影响因素,并将地埋管传热模型和热泵机组模型以及建筑负荷模型耦合,丰富了复杂条件下地源热泵系统动态模拟计算理论和方法。主要内容如下:(1)基于内热源理论、分离变量法和格林函数法,以单个瞬时圆环状热源作为基本单元,提出并建立了竖直埋管换热器分层传热一体化理论模型,详细推导并获得了该理论模型的解析式。模型可统一描述钻孔和桩基竖直埋管换热器的分层传热问题,且考虑了岩土介质的横观各项同性特征,具有较为广泛的适应性。对地埋管单管和管群作用下的传热规律进行了深入研究,获得了长时间运行时分层参数对壁面平均温度的影响规律,给出了分层和均质假设下岩土温度响应的差异,表明了采用分层模型预测地埋管传热的必要性和科学性。(2)综合考虑地面对流传热边界、地下渗流条件和岩土体的横观各项同性特征,基于移动热源理论和格林函数法,建立了地面对流传热边界条件下存在地下水渗流时地埋管换热器的渗流传热理论模型,并获得了该理论模型的解析解。模型突破了传统理论将地面边界设定为第一类边界条件的限制,更切合工程实际,且更具普适性和准确度。基于该理论模型,研究了地下渗流、地面对流作用和热源径向尺寸对地埋管周围岩土温度的影响规律,可为渗流条件下地源热泵工程的设计和优化提供理论支持。(3)基于修正的管道流模型,建立了分层和渗流复杂地质条件下竖直埋管换热器三维瞬态热-渗耦合数值模型。模型通过管内一维和管外三维结合来描述地埋管换热器和周围岩土介质间的渗流和传热耦合问题,在保证计算精度的前提下,可改变由于换热管大长径比而引起的网格质量不高的弊端,显着提高计算效率。利用数值模型,研究了岩土分层和渗流条件下单管和管群作用时钻孔内部的传热特性和影响因素,获得了钻孔壁面及管内流体温度和热流的竖向分布规律。(4)搭建了工程尺度的地埋管原位热响应实验系统,基于p阶线性模型研究了分层岩土中管内流体温度分布特征和综合热性参数的确定方法。结果表明,相对于线性和对数分布,采用p阶线性模型拟合流体温度分布具有更好的精度。此外,利用原位热响应实验数据对三维瞬态数值模型在工程尺度上的适用性进行了验证,为开展复杂条件下地源热泵工程系统的性能模拟计算打下了基础。(5)综合考虑地温季节性波动及岩土体分层和渗流条件,建立了包含建筑负荷模型、地埋管换热器热-渗模型和热泵机组模型的地源热泵系统动态性能模拟计算耦合模型,丰富了复杂地质条件下地源热泵系统长期运行性能模拟计算方法。研究了夏季冷负荷占主导的冬夏不平衡负荷作用下、分层和渗流岩土介质中地源热泵系统长期运行能效的变化规律,获得了负荷特征、地层季节性温度波动、分层渗流、埋管间距因素对地源热泵系统长期运行能效的影响规律。该工作可为复杂条件下地源热泵工程的优化设计和地下储能系统的开发利用提供较为准确的计算理论和方法。
张贺[2](2020)在《严寒地区地源热泵井群不同管间距冷堆积分析》文中进行了进一步梳理地源热泵技术是一种环保节能技术,它是利用的可再生能源。当今社会实际工程利用的非常广泛,地质条件对地源热泵的运行有较大的影响。长春市属于严寒地区,地源热泵系统冬季从土壤中取出的热量大于夏季向土壤中输入的热量,这样就会造成地下土壤温度的降低,随着长时间的运行土壤温度会逐年降低,土壤温度的降低会直接影响地源热泵系统的工作效率。埋管间距是影响热泵机组运行效率的一个直接因素,一个合适的埋管间距,对热泵机组运行和初投资是非常重要的。为了研究地下土壤温度的变化规律,本文以长春市某高校教学楼为研究对象,研究不同管间距运行不同年限下土壤温度变化情况。掌握地下土壤温度场的分布情况,对地源热泵系统的设计有一定的借鉴意义。前期通过工程勘测得到本工程土壤的一些热物性条件,如:土壤的初始温度、土壤的比热容、土壤的密度和综合传热系数等。这对之后的模拟工作是非常必要的。通过建模软件gambit建立实际的模型,分别建立了4米、5米、6米间距的井群,本文用16根管井来代替地源热泵井群。为了能看到井群周围土壤温度变化情况,3个模型外边缘都取6米,3个模型大小分别为24x24、27x27、30x30(单位:m)。然后利用仿真模拟软件Fluent对地下40米处土壤进行模拟,结合该工程地源热泵监测系统,验证模型的可靠性。研究结果发现:在地下40米处,4米间距井群运行第一年埋管中心土壤温度下降了0.18℃,运行第二年土壤中心位置温度下降了0.54℃;5米间距井群运行第一年埋管中心土壤温度下降了0.14℃,运行第二年土壤中心位置温度下降了0.33℃;无论是4米还是5米间距井群春季土壤恢复程度都大于秋季土壤恢复程度;在春季恢复结束后,4米间距井群土壤最低温度出现在井群中心位置,5米间距井群土壤最低温度出现在中间四根埋管周围,并不是在井群中心位置;5米间距井群冷堆积程度小于4米间距井群冷堆积程度;由于土壤自恢复能力较差,在井群外围部分,土壤温度有小幅度升高。在埋管区域内部,运行第一年结束4米和5米间距井群温差相差不大,为0.1℃。运行第二年结束,4米间距井群埋管内部区域温度下降趋势明显。6米间距井群在运行两年之后,各埋管之间并未出现热干扰现象,温度最大降幅为0.19℃。五年后4米间距井群中心位置土壤温度下降了0.88℃,5米间距井群土壤中心温度下降了0.65℃。
鲁倩男[3](2020)在《校园办公建筑土壤源热泵系统的供暖运行特性及优化研究》文中研究说明土壤源热泵(GSHP)系统由于长期的连续运行,热泵机组的制热性能系数降低,有时甚至无法满足建筑物的供热需求,这一问题在严寒地区更为明显,尤其表现在土壤源热泵只负责冬季供暖,夏季不运行的情况。随着我国高等教育事业的不断发展,在城市周边新建、扩建校园规模迅速扩张。校园建筑中人员数量庞大,因此对校园建筑中人员使用空间的舒适度要求较高,同时由于校园建筑的数量多、体量大,每年的能耗量相当巨大,建设节约型校园也是迫在眉睫。基于全国校园建筑的调研现状,对土壤源热泵系统的应用情况进行深入研究,探究不同校园建筑中土壤源热泵系统运行特性的共性,初步筛选出系统运行效果的影响因素;归纳总结出校园各功能建筑的用能特点,以及校园建筑冷热负荷的典型性;探讨土壤源热泵系统在校园建筑中的适用性,保证系统具有显着的节能减排效果。针对校园办公建筑,选取生态楼(ST楼)作为实例建筑,以实例建筑中的能源系统为研究对象,通过对土壤源热泵系统的连续实测和数据采集,分析土壤源热泵系统的供暖运行特性,探究实例建筑中土壤源热泵系统的实际供暖效果,诊断出系统运行中存在的问题;在现有条件的基础上改变土壤源热泵系统的运行策略,以实例建筑中土壤源热泵系统的水温特性、运行效率、室内温度变化等因素,对比分析土壤源热泵系统不同年份不同运行策略下的运行特性;运用熵权法计算影响系统运行特性因素的指标权重,利用遗传算法探究不同运行策略的优劣及运行更高效节能,与实测结果对比验证遗传算法的准确性,进而找出土壤源热泵系统最优运行策略;依据当地的气候条件,利用模拟软件对比实际策略与最优策略下系统为期10年的运行特性,从节能、经济、环保方面分析系统最优策略下的节能潜力。结果表明,土壤源热泵供暖系统通过改变机组的开启台数以及机组运行负载率的大小来调整运行策略后,热泵机组COP平均提高1.15,系统EER平均提高0.46,主机耗电量降低8.3%,系统耗电量降低10.8%,节能效果分别提升18%和20%,土壤源热泵系统运行更加高效节能。土壤源热泵供暖系统的最优运行策略及其最优解的各参数值,其中3月份得分最高,地源侧循环水流量为21.99m3/h,用户侧循环水流量为79m3/h,地源侧进水温度为5.78℃,用户侧出水温度为34.49℃。此最优策略具有较强的可操作性,对土壤源热泵系统在校园建筑中的使用具有重要的指导意义。
郑绍华[4](2019)在《分层渗流条件下单U型地埋管换热实验与数值计算研究》文中研究说明地源热泵在经过多年的发展后成为相对成熟的技术,对地源热泵的研究越来越受到重视,相关的研究从多个角度开展。目前地源热泵的研究并没有完善,在土壤分层渗流、回填材料物性、支管间热干扰等方面的研究尚有不足。地源热泵是利用浅层地热能的节能高效空调系统,以土壤为低位冷热源通过热泵提升从而实现夏季供冷和冬季供暖。因此,研究地埋管换热变化规律、提高地埋管换热性能、减小支管间热干扰成为地源热泵研究的重点。影响地埋管换热的因素有很多,首先是地埋管所处区域的地质条件,当地埋管处于渗流区,渗流参数成为影响地埋管换热的一个重要方面;其次,回填是地埋管施工过程中的一个重要步骤,地埋管与回填材料直接进行热交换,回填材料物性是影响换热的重要因素;系统内部运行参数影响着地埋管多个方面,也是影响地埋管换热的重要因素。本文以地缘热泵系统中的垂直单U型地埋管为研究对象,研究了渗流参数、回填材料物性、系统运行参数等方面的因素对地埋管换热性能的影响。基于热相似理论搭建土壤分层渗流实验台,建立了土壤分层渗流的地埋管数值计算模型,验证了数值计算模型的正确性。确定地埋管换热评价指标,采用数据拟合的方式确定影响因素与出口水温的函数关系式,推导出地埋管换热评价指标的函数表达式,定量分析了渗流参数、回填材料物性、系统运行参数等方面影响因素对地埋管换热的影响规律。在分层渗流数值计算模型的基础上,建立全年换热数值计算模型,计算分析了渗流温度对地埋管全年换热性能的影响。首先基于热相似理论和达西定律,建立了分层渗流换热实验台,并对实验台中土壤的物性参数进行实测和推导计算,获得土壤的物性参数。根据实验台的物性参数与尺寸,建立了完全相同的数值计算模型。对比实验台与数值计算模型中的进出水温度与土壤温度,验证分层渗流换热模型的正确性。以单位延米换热量为地埋管换热性能的评价指标,以热短路不平衡系数为支管间热干扰的评价指标,定义影响度为因素的影响能力评价参数。查阅已有文献和规范,确定各影响因素的变化取值和基础取值。在数值计算模型的基础上,计算分析了影响因素对地埋管换热的影响规律。采用数据拟合方式确定影响因素与地埋管出口水温的函数关系式,并结合单位延米换热量、热短路不平衡系数等换热评价指标与出口水温的函数关系式,推导出换热评价指标与影响因素的函数关系式。通过换热评价指标与影响因素的函数关系式求得换热评价指标对影响因素的一阶导数,确定影响因素对换热评价指标影响度的函数表达式。根据数值计算结果分析影响因素对地埋管换热性能、支管间热干扰、土壤温度分布的影响变化关系;在影响度表达式的基础上分析影响因素对地埋管换热性能、支管间热干扰的影响能力随影响因素自身、运行时间的变化规律。在回填材料物性中,影响因素有回填材料孔隙率;在渗流参数中,影响因素有渗流速度和渗流温度;在系统运行参数中,影响因素有管内流速、进口水温、运行开停比。通过实验台模型的渗流层物性参数,还原实际边界尺寸模型,建立全年运行换热模型。以单位延米换热量、全年累积换热量和土壤温度分布为参数,分析了渗流温度对地埋管全年换热的影响规律。文中就影响因素对地埋管换热影响的变化情况进行了分析。以上结论对于评价地埋管换热器换热性能和支管间热干扰,以及为相应工程提供初步预测和指导有一定的参考价值。
高崇[5](2019)在《地埋管地源热泵钻浆处理回填研究》文中认为地埋管地源热泵系统由于其不受场地限制、高效节能的优势,越来越受到重视,在大量的工程项目中得到了应用,且成为大量的新建项目的重要选择之一。在地埋管的钻孔施工过程中,不可避免的产生大量的废渣余泥,尤其是钻浆收缩性较大、孔隙较多时,直接回填会使得地源热泵系统使用难以得到保障,此部分钻浆成为建筑废弃物,需进行处理。另一方面,回填材料需要由外场地购置与运输,增加了成本,造成了资源的浪费。为充分利用资源,减少不必要的浪费,本文对钻浆处理进行研究,使其可以较好的保证地埋管换热器的使用性能。本文分析了地埋管地源热泵回填材料的作用,查阅了相关文献,选取可以表征其使用性能的参数进行测试。由于钻井过程使得原地质结构被破坏,钻浆的孔隙加大,收缩性加强,内部粘结性较差、易流失,导热能力降低。为保证其使用效果,应在钻浆中加入一些添加剂对其进行处理,本文选用的添加剂为水泥、减水剂、膨胀剂、天然石墨粉。通过对不同配比下的钻浆的导热性、孔隙率、流动度、抗压强度、收缩率的进行测试与分析,确定了回填材料的各部分添加剂的配比:水泥与钻浆纸比为0.6,液体质量与固体质量之比为0.3,减水剂和膨胀剂的添加量分别为水泥质量的2%及6%,石墨添加量为固体总质量的1%。建立CFD数值传热模型,并通过实验台进行模型验证。使用该模型研究埋管形式、管内流速、钻孔尺寸、岩土温度、进水温度等因素对钻浆直接回填、钻浆处理回填、水泥砂浆回填的影响。模拟发现除钻孔尺寸外,其他因素对换热过程均有一定影响。对有一定影响的因素进行综合分析,设计正交实验,对无地下水与地下水充足的情况,冬夏季工况下的不同回填材料换热进行分析。结果发现,不同的回填材料在不同的冬夏季节、地下干湿情况均会有不同的因素影响程度排名与因素显着性水平。同因素不同回填材料下的显着性排序一般为钻浆处理回填>水泥砂浆回填>钻浆直接回填。干态与湿态岩土相对比,不同回填材料种类间的显着性结果差异较小。根据一实际工程建立建筑负荷模型,进行动态负荷模拟,通过对负荷的分析,确定地源热泵系统的方案与钻孔数,并将负荷输入到CFD模型中以进行动态计算。根据结果计算该工程冷热源侧的初投资、运行费、全寿命周期费用。计算发现,各方案的运行费差异较小,主要差异体现在初投资上。结果显示在无地下水的情况下:钻浆处理回填与钻浆直接回填、水泥砂浆回填相比,初投资可分别节省24.53%、5.87%,全寿命周期可分别节省8.01%、1.93%,具有较好的经济效果。在地下水充足的地区,钻浆处理回填与钻浆直接回填、水泥砂浆回填相比,初投资则分别节省6.40%、2.79%,全寿命周期费用降低1.82%、0.84%,其经济性优势变得不那么明显,与钻浆直接回填差异不大。但钻浆直接回填可能造成较为明显的收缩的风险,从而影响换热,因此建议在地下水丰富地区可不加入石墨提高其导热,但需仍加入水泥、减水剂、膨胀剂以保证回填的密实,保证使用效果。
刘金玉[6](2019)在《地下水渗流对地埋管管群布置方式的影响研究》文中指出地埋管换热器作为土壤源热泵系统的重要组成部分,其换热效果对热泵运行效率有着非常关键的作用,目前已有的土壤源热泵研究少有考虑土壤多孔特性这一重要因素,忽略了土壤中地下水渗流的影响,而在沿海城市或地下水资源丰富的地区存在着大量的地下水,伴随着地下水的流动,土壤温度场会有明显的偏移,且有利于缓解系统长期吸热和排热造成的土壤冷热堆积,对地埋管换热器的换热性能也有着很大的影响。因此,为了对地埋管系统设计方面提供理论依据和模拟参考,本文进一步研究地下水渗流对地埋管传热模型管井布局的影响,以多孔介质传热传质理论和渗透模型为基础,建立纯固体和多孔介质的土壤传热模型,分析地下水渗流对地埋管管群换热效果的影响。利用GAMBIT前处理软件建立模型、划分网格以及FLUENT软件设置边界条件、求解计算,根据上海某工程实例参数,对土壤源热泵夏季和冬季工况进行模拟分析,并通过模拟云图分析了不同排列方式模型和不同间距模型对地埋管换热效果的影响。针对纯固体和多孔介质土壤的区别,模拟得知地下水流动可以缓解热泵长期运行引起的土壤温度不均衡,有利于土壤恢复其初始温度,且有渗流时埋管换热量远远大于无渗流时的换热量。在无渗流土壤工况下,对比顺序排列和交叉排列两种方式,顺排管群换热效果更充分,同时土壤中心区域热量和冷量堆积更严重,中心埋管换热能力下降,不利于热泵长期运行。在渗流工况下土壤温度的差异变为渗流方向上游、中游和下游的区别,下游区域土壤冷量和热量远高于上游区域且换热量最差,中游次之,上游换热能力较好,在不考虑管群铺设面积时,顺排管群优于叉排管群,换热量更大。并且两种形式都存在一个最佳渗流方向使管群换热量最大,交叉排列最佳渗流角度为30°,顺序排列最佳渗流角度为45°。分析地下水流速分别为5e-07m/s、le-06m/s、3e-06m/s时土壤的分布情况,当地下水渗流速度为3e-06m/s时,沿渗流方向热量冷量传递较快,上游管井对下游管井的影响变大,使上、中、下游管井单位井深换热量差距加大,同时在垂直渗流方向上的管井之间影响变小,当地下水渗流速度为5e-07m/s时,热量冷量沿渗流方向上传递较慢,在垂直渗流方向上的管井之间影响较大,由于单位井深换热量随管井间距的增加而增大,此时增大间距可以很好的缓解热泵长时间运行热量冷量的堆积。此外,为了减少管井之间的冷热干扰、增大埋管区域换热量,在渗流方向上可以适当的减少埋管数量、增大管井间距,以减少上游对中游和下游管井的干扰影响,在垂直渗流方向上适当的增大埋管数量、减少管井间距,以完成减少渗流方向上的管井数量的任务,充分利用地下水的流动合理布置管群以达到覆盖面积最小、埋管换热量最大的优化目的。
郭哲豪[7](2018)在《蓄热水箱-地源热泵系统在夏热冬冷地区运行特性研究》文中提出地源热泵技术是一种以土壤或地下水为热源或者热汇,通过消耗一定量的高品位能源将从土壤或者地下水的吸收的热量或者冷量转变位可用于建筑供热或者供冷的热量或者冷量的热泵技术。是现代热泵技术当中一种应用比较广泛的,利用可在生能源实现供冷供热的热泵技术。地源热泵通常以地埋管作为换热介质的输送管道,以水为换热介质,利用土壤或者地下水全年温变化幅度较小的特点,可提高热泵机组的能效,实现节能减排,节省运行费用,同时可以避免热岛或冷岛效应,避免对人员活动区的热环境带来负面影响。首先,笔者运用DeST软件计算了本文所研究项目全年逐时负荷,并分析了全年以及典型日负荷特性。在此基础上,笔者利用TRNSYS软件以及全年逐时负荷计算结果与岩土热响应实验结果模拟计算了地源热泵系统全年能耗、出水温度等参数,证实了地源热泵系统全年热不平衡性以及全年热不平衡对于机组系统能耗的不利影响,论证了采用蓄热水箱进行跨季节蓄冷的必要性。同时,笔者根据工程经验,最终确定用于模拟计算蓄热水箱型式为体积为3320m3圆柱形水箱,运用TRNSYS软件模拟计算了原地源热泵系统在加入水箱之后的运行特性,并就出水温度、能耗等参数与原地源热泵系统进行了对比,同时将加入水箱后的地源热泵系统与原地源热泵系统的经济性、节能性与环境性进行了分析,验证了采用跨季节蓄冷技术对于地埋管地源热泵系统在热平衡性、节能性等诸多方面的利好。接下来,为进一步研究蓄热水箱-地源热泵系统的控制策略,笔者对跨季节蓄热水箱-地源热泵系统在不同控制策略下系统运行特性进行了对比,进而对比分析不同控制策略的优劣。为此,笔者在原先只考虑供冷的“低温出水”控制策略基础上,制定了只考虑水箱供冷的“33℃出水上限”控制策略以及同时考虑蓄热水箱全年供冷与供热的控制策略,对比了三种控制策略下热泵机组全年能耗以及埋管全年出口温度等参数,从节能性以及地源热泵热平衡性的角度对比分析了三种不同控制策略的优劣性。除控制策略优化外,笔者还针对水箱体积的优化展开了研究,研究结果表明,增大水箱体积有助于节能,但由于实际工程应用中可利用地下空间有限,因此不能无限增大水箱体积,基于此,笔者以单位体积全年承担冷负荷量为指标,对不同体积水箱的适用性展开了研究,最终确定最佳水箱体积为2075m3,为日后同样形式系统水箱的选型方法提供了参考价值。除此之外,笔者还发现,当水箱体积增大到17181 m3时,系统全年热不平衡度可降为0,表明了通过增大体积彻底消除地源热泵全年热不平衡存在理论上的可行性。最后,笔者研究了采用一定体积水箱代替部分数量埋管的可行性。笔者以埋管全年出口平均温度、埋管全年出口最高温度、埋管全年出口最低温度三者算术平均值为衡量指标,得出了蓄热水箱体积与地埋管钻孔数量之间的数学表达式,并对比了不同水箱体积与埋管钻孔数量组合之间埋管出口年最高温度、年最低温度、年平均温度、机组能耗等一系列参数,并且得出结论,随着水箱体积的增大以及埋管数量的减少,地埋管出口水温全年温度波动增大,且组全年能耗不仅受埋管全年出口温度影响,同时也受埋管出口温度全年波动幅度影响。此后,笔者以单位体积水箱承担负荷量为指标确定3320m3水箱+120钻孔数量系统为最佳系统。
董兴杰[8](2016)在《地源热泵岩土热响应测试与系统性能仿真》文中提出热响应测试是地源热泵设计的基础,传统热响应测试需要稳定的输入功率,输入功率微小的波动即会造成测试结果较大的误差。另外,传统热响应测试只能得到土壤的导热系数而不能直接得出地源热泵设计所必须的埋管井热阻与土壤热容。本文提出了变工况的热响应传热模型,并采用现场测试数据对模型进行了实验验证。热响应测试过程中,加热功率可以调节为任意值,而且不受中途停电等外界因素的干扰。通过数值计算可以得到更加准确的土壤导热系数,并且,通过热响应实验数据直接获得埋管井热阻与土壤热容。对于存在多个埋管井的地源热泵系统,采用单井模型的计算结果与实际不符,如果要建立三维井群计算模型,其工作量特别巨大,并且调整井的布局、井间距以及增减井数都必须重新建立边界条件。本文提出了有限无边界模型,首先假定井群中每口井都是中心井,使得地埋管井群的边界条件变得简单,当设计调整时,只需改变井间距、井数等参数即可重新对地源热泵系统进行仿真。由于该模型只有在井数无穷大时成立,因此本文提出采用井群系数来修正该模型,以减小计算误差,当井数为1时,井群系数为0;当井数无穷大时,井群系数为1;当井数为某一具体数值时,井群系数通过计算获取。实验表明,仿真结果与测试结果吻合度较高。地源热泵系统在绝大多数地区都存在地下换热系统冬夏不平衡问题。在中国长江流域,夏季地下排热量约为冬季取热量的3倍以上,单独的地源热泵系统会造成地埋管换热系统不可持续运行。在仿真运行时,本文采用地源热泵结合冰蓄冷系统,冰蓄冷系统制冷机冷凝热通过冷却塔排出,通过地源热泵与冰蓄冷系统的协调配合运行,一方面可以解决地下冬夏平衡问题,另一方面利用峰谷电价差节省空调使用费用。根据系统仿真的需要,本文建立了冰蓄冷制冰过程的仿真模型。仿真模型将制冰过程分为三个阶段:显热降温、消除过冷和潜热蓄冷阶段。在每个阶段都建立了相应的传热模型。通过实验数据与仿真结果的对比,验证了制冰模型计算结果的正确性和可靠性。在夏季,地源热泵结合冰蓄冷系统可以实现地源热泵、双工况制冷机和蓄冰装置三者的单独供冷,也可以任意二者联合供冷或三者同时供冷。如何使三者在协同供冷的情况下,既满足空调负荷,又兼顾地源热泵冬夏平衡问题和使系统运行费用最低,本文建立了负荷预测与优化控制模型。在负荷预测方面,建立了模糊识别模型,使得预测更加准确和稳定,优化控制模型采用了分步寻优的计算方法。该软件应用到了一个实际项目中,并得到了验证。最后,本文将热响应测试、地源热泵井群模型、冰蓄冷模型、负荷预测与优化控制模型集成到了一个设计仿真软件中,软件可以根据全年动态负荷,对地源热泵结合冰蓄冷系统进行设备选型以及仿真运行。
张姝[9](2013)在《严寒地区空气源土壤蓄热式热泵系统及运行特性研究》文中认为土壤源热泵作为节能环保的新型空调技术,在国内外被广泛推广和应用。但在严寒地区建筑冷热负荷相差很大,土壤源热泵系统长期运行将导致土壤温度逐年降低,热泵供暖性能也将逐年下降,室温不能满足要求。为此,本文基于季节性土壤蓄热思想,提出了空气源土壤蓄热式热泵(Heat Pump with Air-Source Soil Heat Storage,简称HPASSHS)系统,夏季将自然空气中的热量储存到土壤中,冬季再由热泵从土壤取热供入室内。与太阳能蓄热相比,空气源蓄热设备简单,投资和维护费用较低。在没有集中供热管网,并且不具备足够的屋顶或其它空间安装太阳能集热器时,采用空气源蓄热方法也能实现自然能量的移季利用,为严寒地区应用土壤源热泵供热技术提供了新途径。本文主要从以下几个方面对该系统展开了研究:首先,介绍了HPASSHS系统的主要运行模式及工作原理,建立了系统各传热环节的数学模型。兼顾计算量和准确性,采用当量方形截面单管代替垂直U型埋管,建立了管群土壤换热器的准三维非稳态传热模型,并通过形状因子法得出管壁与土壤的换热边界条件。在上述模型基础上,研究制定了不同运行模式的启停控制条件,为模拟系统动态运行特性奠定基础。其次,在哈尔滨工业大学建立HPASSHS实验系统,并进行了近2年的实验研究。通过实测数据分析空气源土壤蓄热特性、土壤源热泵供热特性和土壤温度变化特性得出:严寒地区空气源季节性土壤蓄热可以有效提高土壤温度,蓄热效果主要受空气温度影响,间歇运行能提高土壤换热器的换热效率。通过模拟结果和实验结果的比较,验证了模型的可靠性和正确性。再次,为哈尔滨节能住宅建筑设计了HPASSHS系统,分别模拟计算了有无空气源蓄热情况下系统连续10年的运行情况。从运行参数、供热效果、性能系数、土壤温度场等方面分析了有蓄热系统的全年运行特性,并将有无蓄热情况下系统的逐年运行性能进行对比得出:严寒地区土壤源热泵系统只有增加季节性土壤蓄热后才能实现土壤温度场的逐年热平衡,并且具备持续的供热能力。另外,模拟分析了蓄热时间、埋管换热面积、热泵容量、室内外风机盘管换热面积对系统运行特性的影响。在此基础上,以费用年值最低为目标对系统进行优化,得到了模拟条件下HPASSHS系统的最优参数组合,并将最优系统同电锅炉供暖、电地热供暖和燃气供暖进行节能性和经济性对比得出,HPASSHS供暖系统在严寒地区应用具有一定优势。最后,将系统拓展应用于寒冷地区,在北京某一节能建筑中设计了HPASSHS系统。夏季采用土壤直接供冷、土壤源热泵供冷和空气源蓄热交替运行,冬季采用土壤源热泵供热。通过模拟计算,分析了HPASSHS系统的全年运行特性,并同传统土壤源热泵系统的运行情况进行对比,结果表明:HPASSHS系统能很好的满足冬夏室温要求,采用土壤直接供冷显着提高了系统供冷性能系数,通过空气源蓄热可使系统全年土壤排热量和取热量平衡,而传统土壤源热泵系统排热量仅为取热量的65%,不利于长期供热。选取两种供热空调方案同HPASSHS系统进行节能性和经济性比较得出,应用HPASSHS系统能明显减少一次能源消耗量,并且经济费用较低。通过模拟和实验研究,证明了严寒和寒冷地区季节性空气源土壤蓄热的可行性,并且HPASSHS系统具有持续高效的供热性能。本文的研究成果将为该系统的应用提供理论基础和技术支持。本课题为“十二五”国家科技支撑计划课题“严寒地区供热系统节能降耗关键技术研究与工程示范”(2011BAJ05B04)的部分内容。
齐子姝[10](2012)在《地能利用热泵系统能量多样化机制及其效能》文中研究说明可再生能源是未来能源可持续发展的必然选择,地能利用及其地下浅层良好的热库作用为热泵技术提供了应用空间,并倍受各国重视。浅层地能无论在建筑暖通工程,还是在交通工程道桥融雪化冰能源利用领域都具有一定的利用潜力。但是,严寒地区建筑暖通冷热负荷失衡问题一直困扰地能的热泵工程应用,由此人们也一直探索解决方案,寻求最佳效能。本论文针对地能利用热泵系统能量多样化机制及效能的关键应用基础问题开展研究,提出热泵热力系统模型分析计算方法,为工程设计和运行预测提供途径,利用数字化手段,开展逐年热力性能分析和前瞻性研究,以利于指导工程实践。实验工程和计算分析表明,严寒地区地源热泵系统,采用单供热或负荷差距较大的冷热联供方式,由于冷热负荷失衡,导致地温逐年下降,造成热泵系统功耗上升,系统能效比逐步下降。为了消除和减轻地库能量的单一消耗,必须采取措施和调整运行机制,通过冷热联供、主动蓄能、间歇运行等多种能源机制改善和补充地库能量,实现高效运行和地下能量的有效平衡,进一步改善北方地区地源热泵技术的应用。本论文在国家自然科学基金项目(No.41072198)的资助下,开展地能利用热泵系统模拟计算和实验研究,通过理论分析、模型计算,结合实验研究,为地源热泵工程设计和运行工况预测提供途径,认识多孔源地源热泵系统应用及其地下传热、蓄能过程的能量特性,通过预测性多年运行工况及效能分析,探索地能利用热泵系统能量多样化和优化运行机制问题。研究工作主要包括地下换热器G函数应用及其模型分析、热泵热力系统集成及其模块建立、热力过程仿真分析及其实验验证、联供机制与效能分析、蓄能作用性研究等。创新性地开展了时间步长特性研究,为多年度长周期、分时短周期及其变周期的定时域分析提供更有效的计算精度保证。系统地开展了Matlab/Simulink计算控制平台的模块建立、模块嵌接和耦合调用研究,确立了热泵热力系统基本的分析方法,为预测分析提供重要手段。提出热泵热力系统单供、冷热联合、冷热联供与蓄能复合模式下的运行机制以及能量地下存储动态控制方法。该地下岩土传热控制技术将为地下蓄能和地下传热的能流控制提供新的控制理念,为进一步实现严寒地区地下能量高效利用技术的突破奠定基础。在地下换热器传热过程分析中,利用G函数构建地下换热器基本数学模型,建立孔壁温度控制方程,为了能够有效地开展多年度长周期预测分析和分时短周期细节分析,计算步长特性研究成为模拟计算方法的首要问题之一。研究表明,时间步长是计算过程的重要因素,特别对长时间运行工况计算时间的影响尤为重要,应根据模拟环境运行时间选用合适的时间步长处理相应时刻脉冲负荷下地下换热器孔壁温度。此外,进一步分析了随着运行时间,不同地孔数量的孔壁温度对负荷的响应特性。在地下换热器模型传热研究中,系统地讨论了有关孔直径、孔内支管间距和回填材料物性参数对地下换热器孔内热阻的影响规律,分析地下换热器出口流体温度、地下换热器内循环流体流速、岩土初始温度和孔间距对地下换热器内流体温度、设计孔深度和热泵耗功的影响特性,为研究系统长期运行工况及能耗奠定基础。在热泵热力系统集成模块中,分别构建了热泵模型、太阳能瞬时辐射模型、太阳能集热器模型、蓄热水箱模型和建筑负荷端等模型,进一步开展了模型的验证分析。系统地开展了Matlab/Simulink计算控制平台的模块建立、模块嵌接和耦合调用研究,确立了热泵热力系统基本的计算分析方法,为地能利用热泵系统能量多样化机制及效能研究提供耦合分析重要手段。结合实验工程,模拟计算和实验测试研究多年长期冬季供暖系统运行工况,分析地下换热器进出口流体温度变化规律、热泵机组和系统的能耗及能效比、能源利用率和热泵机组热力完善度。实验测试期间数据与模型计算表明地下换热器内流体温度变化基本一致,能耗和能效比吻合度较好,验证计算模块和分析方法的可行性。实验也进一步验证表明,以供热为主的北方地区没有采用蓄补能的地源形式,长期运行将导致系统能耗增加,地下换热器温度逐年下降,热泵和系统能效比降低等。针对严寒地区和夏热冬冷地区,开展热泵热力系统单供和联供运行机制和效能预测分析,证明连续多年单向负荷运行,会改变地下均衡温度,导致热泵系统耗能增加,能效比明显降低。解决的方法之一就是适当开展冷热联供运行,通过冷热负荷的地下能量补充,缓解岩土温度不断偏离初始温度,提升热泵运行效能。结果显示热泵系统在冷热负荷差异较大的情况下,即使采用冷热联供运行方式,也会导致地下换热器温度改变,热泵和系统能耗增加和能效比逐年降低,其中的缓解作用并不明显,失衡仍然占据主导作用。为了消除或减轻地下冷热负荷失衡导致热泵热力系统恶化现象,利用Matlab/Simulink平台开展热泵热力系统蓄能作用研究,对连续蓄能份额调控、间歇蓄能控制模式、冷热联供与蓄能复合模式开展多年长周期仿真分析,研究不同蓄能模式地下换热器内流体温变、热泵机组效能比及能耗情况。热泵热力系统在非采暖期连续蓄能,通过调控系统蓄能负荷与建筑物热负荷比例,计算20年内运行期间内系统运行工况及效能,当蓄能负荷与热负荷比例在0.8~1.0范围内,有利于系统的长期运行。热泵热力系统间歇蓄能模式从蓄能间歇周期和蓄能负荷峰值角度讨论,全日间歇蓄能模式和低峰间歇蓄能模式可实现系统设备的高效低能耗运行。针对热泵热力系统冷热联供与蓄能复合模式,通过对比不同过渡季节蓄能模式,研究可知随着运行时间的增加,采取前、后过渡季节蓄能双重模式节能效果更加明显,并表现出整个冷热联供和双重模式蓄补能复合更加有利。在该模式下,系统太阳能集热器面积与地下换热器长度比例关系对系统运行工况、设备能耗和能效比影响显着。以地能为主的热泵工程发展极为迅速,尽管地源热泵和相关地下蓄能技术得到发展,但对于大型孔群地下换热系统在跨时域、周期性动态热传输机理与控制的研究工作尚待进一步深入,它将是解决冷暖负荷失衡问题的有效途径之一。事实上,冷热负荷不平衡地区,大规模地源热泵工程的长期应用已经显露出地下能量衰减和运行效能下降的失效问题,成为可持续性应用的障碍和瓶颈。因此亟待认知地能利用热泵系统所面临的复杂科学和技术问题,为不同地域系统运行可靠性和系统长期运行效能评价分析提供参考依据和分析方法,利用预测分析帮助指导工程应用,保证地能利用技术的科技进步和健康发展。
二、U型垂直换热器地源热泵夏季供冷测试及传热模型(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、U型垂直换热器地源热泵夏季供冷测试及传热模型(论文提纲范文)
(1)分层和渗流条件下竖直地埋管换热器传热特性研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
abstract |
变量注释表 |
1 绪论 |
1.1 选题背景与研究意义 |
1.2 国内外研究现状分析 |
1.3 存在的问题 |
1.4 研究内容与技术路线 |
2 分层岩土介质中地埋管传热理论模型和传热规律研究 |
2.1 研究思路和物理模型 |
2.2 格林函数的获得 |
2.3 分层传热理论模型的解析解 |
2.4 分层传热理论模型的验证 |
2.5 分层传热温度响应规律 |
2.6 管群作用下分层传热温度响应规律 |
2.7 岩土分层参数对温度响应的影响 |
2.8 分层模型适用时间尺度分析 |
2.9 本章小结 |
3 渗流岩土介质中地埋管传热理论模型和传热规律研究 |
3.1 物理模型及假设 |
3.2 格林函数的获得 |
3.3 渗流传热理论模型的解析解 |
3.4 渗流传热理论模型解析解的验证 |
3.5 渗流作用下温度响应规律 |
3.6 地面对流效应的影响分析 |
3.7 热源尺寸效应的影响分析 |
3.8 本章小结 |
4 分层和渗流条件下地埋管换热器热-渗耦合数值分析 |
4.1 数值模型 |
4.2 数值模型的验证 |
4.3 含渗流分层岩土介质中地埋管传热规律 |
4.4 管群作用下含渗流分层岩土中地埋管传热规律 |
4.5 本章小结 |
5 分层岩土介质中地埋管管内流体传热特性实验研究 |
5.1 测试原理 |
5.2 实验系统 |
5.3 岩土分层特征和初始岩温 |
5.4 恒热流工况实验结果与分析 |
5.5 恒温工况实验结果与分析 |
5.6 热响应实验数据和数值模型结果对比 |
5.7 本章小结 |
6 分层和渗流条件下地源热泵系统长期动态性能模拟研究 |
6.1 计算模型与方法 |
6.2 浅层地温季节性变化规律 |
6.3 长期动态性能模拟计算结果 |
6.4 浅层地温季节性变化对长期动态性能的影响 |
6.5 渗流作用对长期动态性能的影响 |
6.6 埋管间距对长期动态性能的影响 |
6.7 本章小结 |
7 结论与展望 |
7.1 主要结论 |
7.2 创新点 |
7.3 研究展望 |
参考文献 |
附录1 两层岩土介质中瞬时圆环状内热源的特征值、特征函数及相关量的推导 |
附录2 分层岩土介质中地埋管传热解析解的MATLAB计算程序 |
作者简历 |
学位论文数据集 |
(2)严寒地区地源热泵井群不同管间距冷堆积分析(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 国外研究现状 |
1.2.2 国内研究现状 |
1.3 本文主要研究内容 |
第2章 土壤热物性的确定 |
2.1 地源热泵系统简介 |
2.1.1 地源热泵系统的特点 |
2.1.2 地埋管分类 |
2.2 研究前期工作 |
2.2.1 地源热泵工程概况 |
2.2.2 建筑物全年动态负荷模拟 |
2.3 土壤参数确定 |
2.3.1 土壤参数测试原理 |
2.3.2 土壤参数测试结果 |
2.4 本工程地埋管简介 |
2.5 本章小结 |
第3章 地源热泵系统模拟软件介绍及模型的建立 |
3.1 Fluent模拟软件的介绍 |
3.2 Fluent模拟与求解过程 |
3.2.1 Fluen模拟过程 |
3.2.2 求解器的选择 |
3.2.3 数学计算模型的选择 |
3.2.4 材料的物性设置 |
3.2.5 边界条件的设置 |
3.3 竖直U型管传热模型的分析 |
3.3.1 地埋管换热器传热分析概述 |
3.3.2 钻孔内的一维导热模型 |
3.3.3 钻孔内的二维导热模型 |
3.3.4 钻孔内的三维导热模型 |
3.4 ANSYS分析模型的建立 |
3.4.1 模型的简化假设 |
3.4.2 几何模型的建立 |
3.5 本章小结 |
第4章 不同管间距井群土壤温度模拟结果与分析 |
4.1 土壤温度模拟时间介绍 |
4.2 4米间距井群土壤温度模拟结果与分析 |
4.2.1 第一年土壤温度场模拟结果与分析 |
4.2.2 第二年土壤温度场模拟结果与分析 |
4.2.3 第一年和第二年土壤温度对比结果分析 |
4.3 5米间距井群土壤温度模拟结果与分析 |
4.3.1 第一年土壤温度场模拟结果与分析 |
4.3.2 第二年土壤温度场模拟结果与分析 |
4.3.3 第一年和第二年土壤温度变化对比结果分析 |
4.4 6米间距井群土壤温度模拟结果与分析 |
4.4.1 第一年土壤温度场模拟结果与分析 |
4.4.2 第二年土壤温度场模拟结果与分析 |
4.5 4米5米间距井群模拟结果对比 |
4.6 三种间距井群土壤温度变化总体分析 |
4.7 系统长期运行土壤温度场模拟结果分析 |
4.8 本章小结 |
第5章 模拟与实测数据对比分析 |
5.1 土壤温度监测点简介 |
5.2 监测平台简介 |
5.3 三种间距井群模拟拟合对比分析 |
5.4 4米管间距井群主孔对周围土壤温度场的影响 |
5.4.1 4米间距井群辅孔A、B处土壤温度变化分析 |
5.5 本章小结 |
结论与展望 |
一、结论 |
二、展望 |
参考文献 |
攻读学位期间发表的学术论文 |
致谢 |
(3)校园办公建筑土壤源热泵系统的供暖运行特性及优化研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 课题研究背景 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 土壤源热泵相关研究 |
1.2.2 GSHP系统运行特性研究 |
1.2.3 GSHP系统运行优化研究 |
1.3 本文研究目的与意义 |
1.4 研究内容与技术路线 |
1.4.1 研究内容 |
1.4.2 技术路线 |
2 校园建筑中GSHP系统的影响因素初筛 |
2.1 案例分析 |
2.2 GSHP系统运行特性及影响因素 |
2.3 不同类型校园建筑的用能特点 |
2.4 GSHP系统在校园建筑中的适用性 |
2.5 本章小结 |
3 GSHP供暖系统运行效果研究 |
3.1 工程概况 |
3.1.1 建筑基本情况 |
3.1.2 围护结构 |
3.1.3 能源系统 |
3.1.4 运行策略 |
3.2 数据采集和处理方式 |
3.2.1 数据采集内容 |
3.2.2 数据采集方法及原则 |
3.2.3 数据处理方式 |
3.3 GSHP系统运行特性及存在问题 |
3.3.1 水温特性 |
3.3.2 性能系数变化 |
3.3.3 能源消耗的情况 |
3.3.4 室内温度及温频分布 |
3.4 GSHP系统不同年份不同策略下运行效果研究 |
3.4.1 室外温度修正 |
3.4.2 室内温度变化 |
3.4.3 机组水温特性 |
3.4.4 机组运行效率 |
3.5 本章小结 |
4 基于理论方法比较GSHP系统的不同运行策略 |
4.1 影响因素指标权重的计算 |
4.1.1 指标权重方法的选择 |
4.1.2 熵权法概述及计算过程 |
4.1.3 优化变量的选择及权重计算 |
4.2 遗传算法分析GSHP系统供暖运行效果 |
4.2.1 遗传算法概述 |
4.2.2 遗传算法对比系统不同运行策略 |
4.3 遗传算法求GSHP系统运行策略最优解 |
4.3.1 优化算法对比与选择 |
4.3.2 遗传算法的优化 |
4.3.3 求解最优运行策略 |
4.4 本章小结 |
5 GSHP系统的长期运行特性 |
5.1 负荷模型 |
5.1.1 DeST软件 |
5.1.2 模型建立 |
5.1.3 负荷特性 |
5.2 系统模型 |
5.2.1 TRNSYS软件 |
5.2.2 主要调用模块介绍 |
5.2.3 模型建立与标准化 |
5.3 GSHP系统长期运行特性及潜力分析 |
5.3.1 GSHP系统为期10年的运行特性 |
5.3.2 GSHP系统的潜力分析 |
5.4 本章小结 |
6 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 工作中的不足及展望 |
参考文献 |
作者简介 |
作者在攻读硕士学位期间获得的学术成果 |
致谢 |
(4)分层渗流条件下单U型地埋管换热实验与数值计算研究(论文提纲范文)
中文摘要 |
英文摘要 |
1 绪论 |
1.1 课题背景 |
1.2 地源热泵概述 |
1.2.1 地源热泵工作原理 |
1.2.2 课题研究意义 |
1.3 国内外研究现状 |
1.3.1 国外研究现状 |
1.3.2 国内研究现状 |
1.4 课题研究内容 |
1.4.1 主要研究内容 |
1.4.2 技术路线 |
1.5 本章小结 |
2 搭建分层渗流地埋管系统相似实验台 |
2.1 搭建实验台目的 |
2.2 相似实验台 |
2.2.1 实验台搭建 |
2.2.2 测点布置 |
2.2.3 实验测试系统简介 |
2.3 实验流程 |
2.4 本章小结 |
3 土壤分层渗流下单U型管传热模型的建立与验证 |
3.1 建立几何模型 |
3.2 土壤特性描述 |
3.2.1 土壤密度 |
3.2.2 土壤比热容 |
3.2.3 土壤导热系数 |
3.2.4 土壤热扩散系数 |
3.3 控制方程 |
3.3.1 管内水控制方程 |
3.3.2 渗流水控制方程 |
3.4 传热模型求解 |
3.4.1 土壤初始温度 |
3.4.2 边界条件及初始化设置 |
3.5 验证实验及模型数值计算结果对比分析 |
3.5.1 实验运行介绍 |
3.5.2 运行结果对比 |
3.6 数据处理方法、换热评价指标与计算边界条件 |
3.6.1 数据处理方法 |
3.6.2 换热评价指标 |
3.6.3 数值计算边界条件的确定 |
3.7 本章小结 |
4 回填材料孔隙率对单U型地埋管换热的影响 |
4.1 回填区设定介绍 |
4.2 回填孔隙率对单U型地埋管换热的影响分析 |
4.2.1 数值计算数据处理 |
4.2.2 回填材料孔隙率对单U型地埋管换热性能的影响 |
4.2.3 回填材料孔隙率对单U型地埋管支管间热干扰的影响 |
4.2.4 回填材料孔隙率对土壤温度分布的影响 |
4.3 本章小结 |
5 分层渗流条件下渗流参数对单U型地埋管换热的影响 |
5.1 渗流速度对单U型地埋管换热影响分析 |
5.1.1 数值计算数据处理 |
5.1.2 渗流速度对单U型地埋管换热性能的影响 |
5.1.3 渗流速度对单U型地埋管支管间热干扰的影响 |
5.1.4 渗流速度对土壤温度分布的影响 |
5.2 渗流温度对单U型地埋管换热影响分析 |
5.2.1 数值计算数据处理 |
5.2.2 渗流温度对单U型地埋管换热性能的影响 |
5.2.3 渗流温度对单U型地埋管支管间热干扰的影响 |
5.2.4 渗流温度对土壤温度分布的影响 |
5.3 本章小结 |
6 分层渗流条件下运行参数对单U型管换热的影响 |
6.1 管内流速对单U型地埋管换热影响分析 |
6.1.1 数值计算数据分析 |
6.1.2 管内流速对单U型地埋管换热性能的影响 |
6.1.3 管内流速对单U型地埋管支管间热干扰的影响 |
6.1.4 管内流速对土壤温度分布的影响 |
6.2 进口水温对单U型地埋管换热影响分析 |
6.2.1 数值模拟数据处理 |
6.2.2 进口水温对单U型地埋管换热性能的影响 |
6.2.3 进口水温对单U型地埋管支管间热干扰的影响 |
6.2.4 进口水温对土壤温度分布的影响 |
6.3 运行开停比对单U型地埋管换热的影响 |
6.3.1 数值计算数据处理 |
6.3.2 运行开停比对单U型地埋管换热性能的影响 |
6.3.3 运行开停比对单U型地埋管支管间热干扰的影响 |
6.3.4 运行开停比对土壤温度分布的影响 |
6.4 本章小结 |
7 渗流温度对地埋管全年换热性能影响分析 |
7.1 全年运行模型介绍 |
7.1.1 模型参数 |
7.1.2 运行参数 |
7.2 渗流温度高于土壤温度 |
7.2.1 对地埋管运行性能的影响 |
7.2.2 对土壤温度的影响 |
7.3 渗流温度低于土壤温度 |
7.3.1 对地埋管运行性能的影响 |
7.3.2 对土壤温度的影响 |
7.4 全年影响度分析 |
7.5 本章小结 |
8 结论和展望 |
8.1 主要结论 |
8.2 展望 |
参考文献 |
附录 |
A.作者在攻读学位期间发表的论文目录 |
B.竖直U型地埋管UDF程序 |
C.竖直U型地埋管开停DYNAMIC MESH程序 |
D.学位论文数据集 |
致谢 |
(5)地埋管地源热泵钻浆处理回填研究(论文提纲范文)
中文摘要 |
英文摘要 |
1 绪论 |
1.1 课题研究背景 |
1.2 地埋管地源热泵的发展与研究现状 |
1.2.1 国内外地埋管地源热泵技术的发展现状 |
1.2.2 国内外地埋管地源热泵技术的研究现状 |
1.3 地埋管地源热泵的回填材料概述与发展 |
1.3.1 回填材料概述 |
1.3.2 回填工艺概述 |
1.3.3 国内外地埋管回填材料研究现状 |
1.4 本课题研究意义与内容 |
1.4.1 本课题研究意义 |
1.4.2 本课题研究内容 |
2 钻浆处理实验原料与测试 |
2.1 主要实验测定参数 |
2.1.1 导热系数与比热 |
2.1.2 孔隙率 |
2.1.3 流动度 |
2.1.4 抗压强度 |
2.1.5 收缩率 |
2.2 主要参数测量方式 |
2.2.1 材料混合方式 |
2.2.2 流动度测量方式 |
2.2.3 抗压强度测量方式 |
2.2.4 导热系数、比热测量方式 |
2.2.5 收缩率测量方式 |
2.2.6 孔隙率测量方式 |
2.3 钻浆分析与处理 |
2.4 实验所用添加剂 |
2.4.1 水泥 |
2.4.2 减水剂 |
2.4.3 膨胀剂 |
2.4.4 天然石墨粉 |
2.5 添加剂配方研究流程 |
2.6 本章小结 |
3 钻浆实验结果与分析 |
3.1 钻浆加水量实验结果 |
3.1.1 钻浆加水量流动度结果分析 |
3.1.2 钻浆不同液固比收缩率结果分析 |
3.1.3 钻浆不同液固比孔隙率结果分析 |
3.1.4 钻浆不同液固比抗压强度结果分析 |
3.1.5 钻浆不同液固比导热系数结果分析 |
3.1.6 钻浆不同液固比扫描电镜结果分析 |
3.1.7 钻浆最佳流动度选取 |
3.2 钻浆水泥添加量实验结果 |
3.2.1 钻浆不同灰浆比收缩率结果分析 |
3.2.2 钻浆不同灰浆比孔隙率结果分析 |
3.2.3 钻浆不同灰浆比抗压强度结果分析 |
3.2.4 钻浆不同灰浆比导热系数结果分析 |
3.2.5 钻浆不同灰浆比电子扫描电镜结果分析 |
3.3 钻浆减水剂添加量实验结果 |
3.4 钻浆膨胀剂添加量实验结果 |
3.5 钻浆石墨添加量实验结果 |
3.6 本章小结 |
4 换热模型建立与验证 |
4.1 实验台简介 |
4.1.1 实验系统 |
4.1.2 数据采集设备及测点布置 |
4.1.3 实验安排 |
4.2 换热模型建立 |
4.2.1 地埋管地源热泵换热模型 |
4.2.2 几何模型建立及其网格划分 |
4.2.3 物理模型建立 |
4.3 模型验证 |
4.4 本章小结 |
5 回填材料换热综合分析 |
5.1 回填材料性能改变换热量影响 |
5.2 单一工况分析 |
5.2.1 不同埋管形式模拟结果分析 |
5.2.2 不同管内流速模拟结果分析 |
5.2.3 不同钻孔尺寸模拟结果分析 |
5.2.4 不同岩土温度模拟结果分析 |
5.2.5 不同进水温度模拟结果分析 |
5.3 综合工况分析 |
5.3.1 综合工况水平选取 |
5.3.2 干态岩土下夏季综合工况研究结果分析 |
5.3.3 干态岩土下冬季综合工况研究结果分析 |
5.3.4 湿态岩土下夏季综合工况研究结果分析 |
5.3.5 湿态岩土下冬季综合工况研究结果分析 |
5.3.6 综合模拟结果汇总 |
5.4 本章小结 |
6 回填材料经济性分析 |
6.1 建筑模型 |
6.1.1 项目概况 |
6.1.2 主要参数设置 |
6.1.3 建筑负荷计算 |
6.2 初投资分析 |
6.2.1 设备初投资 |
6.2.2 钻孔初投资 |
6.2.3 回填材料费用 |
6.3 运行费分析 |
6.3.1 地源热泵运行工况模拟设置 |
6.3.2 地源热泵机组运行费 |
6.3.3 冷水机组及冷却塔运行费 |
6.3.4 输配系统运行费 |
6.4 综合经济分析 |
6.5 本章小结 |
7 结论与展望 |
7.1 主要结论 |
7.2 展望 |
参考文献 |
附录 |
A 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文 |
B 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目 |
C UDF自定义程序 |
D 学位论文数据集 |
致谢 |
(6)地下水渗流对地埋管管群布置方式的影响研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 课题研究背景 |
1.2 课题研究目的及意义 |
1.3 土壤源热泵系统简介 |
1.3.1 土壤源热泵的定义 |
1.3.2 土壤源热泵的构成及工作原理 |
1.3.3 土壤源热泵的技术特点 |
1.4 国内外研究现状 |
1.4.1 土壤源热泵的国内外研究现状 |
1.4.2 地下水渗流的国内研究现状 |
1.4.3 地埋管布置形式的国内研究现状 |
1.5 主要研究内容 |
2 土壤概述和理论依据 |
2.1 土壤能量的来源与平衡 |
2.2 土壤的特性 |
2.2.1 土壤的孔性 |
2.2.2 土壤的热物性 |
2.2.3 土壤的初始温度 |
2.3 多孔介质理论及渗透模型 |
2.3.1 达西定律 |
2.3.2 多孔介质的能量方程 |
2.3.3 多孔介质的动量守恒定律 |
2.4 FLUENT系列软件简介 |
2.5 本章小结 |
3 地埋管管群布置形式的数值模拟 |
3.1 几何模型的建立 |
3.1.1 模型的假设 |
3.1.2 模型的建立 |
3.1.3 网格划分 |
3.1.4 边界条件的设置 |
3.1.5 求解条件的设置 |
3.2 不同管群排列方式的模拟研究 |
3.2.1 夏季运行土壤温度场的模拟研究 |
3.2.2 冬季运行土壤温度场的模拟研究 |
3.3 地下水渗流对管群排列方式的模拟研究 |
3.3.1 夏季运行土壤渗流温度场模拟研究 |
3.3.2 冬季运行土壤渗流温度场模拟研究 |
3.4 有无地下水渗流工况的对比分析 |
3.4.1 夏季运行有无地下水渗流对比分析 |
3.4.2 冬季运行有无地下水渗流对比分析 |
3.5 地下水渗流方向对管群排列方式的模拟研究 |
3.5.1 夏季运行不同土壤渗流方向的温度场模拟研究 |
3.5.2 冬季运行不同土壤渗流方向的温度场模拟研究 |
3.6 本章小节 |
4 地埋管管群布置间距的数值模拟 |
4.1 模型的建立 |
4.2 不同管井间距的研究分析 |
4.2.1 夏季运行土壤温度场研究分析 |
4.2.2 冬季运行土壤温度场研究分析 |
4.3 渗流工况下不同管井间距的研究分析 |
4.3.1 夏季运行土壤渗流温度场研究分析 |
4.3.2 冬季运行土壤渗流温度场研究分析 |
4.4 有地下水渗流和无地下水渗流工况的对比分析 |
4.4.1 夏季运行有无地下水渗流的对比分析 |
4.4.2 冬季运行有无地下水渗流的对比分析 |
4.5 地下水渗流速度对土壤管群间距的研究分析 |
4.5.1 夏季运行不同土壤渗流速度的温度场研究分析 |
4.5.2 冬季运行不同土壤渗流速度的温度场研究分析 |
4.6 本章小节 |
5 地埋管管群布置优化 |
5.1 模型的建立 |
5.1.1 模型建立的前提 |
5.1.2 几何模型的建立 |
5.2 管群布置优化分析 |
5.2.1 夏季管群优化模拟结果分析 |
5.2.2 冬季管群优化模拟结果分析 |
5.3 本章小节 |
6 结论和展望 |
6.1 结论 |
6.2 创新点 |
6.3 展望 |
参考文献 |
作者简介 |
作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文 |
致谢 |
(7)蓄热水箱-地源热泵系统在夏热冬冷地区运行特性研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
1 绪论 |
1.1 地源热泵技术概述 |
1.1.1 起源 |
1.1.2 原理 |
1.1.3 特性 |
1.2 蓄热技术研究现状 |
1.2.1 换热器型式 |
1.2.2 跨季节蓄热技术 |
1.3 地埋管地源热泵技术研究现状 |
1.3.1 地热资源勘探 |
1.3.2 模拟研究 |
1.3.3 运行特性研究 |
1.3.4 传热理论研究 |
1.4 研究目的和内容 |
1.5 本章小结 |
2 蓄热水箱-地源热泵系统模型 |
2.1 地埋管数学模型 |
2.1.1 地埋管地源热泵数学模型 |
2.1.2 钻孔传热模型 |
2.1.3 钻孔外传热模型 |
2.2 蓄热水箱数学模型 |
2.3 本章小结 |
3 模型模拟结果及优化 |
3.1 工程概况 |
3.2 系统原理 |
3.3 热响应实验与负荷数据 |
3.3.1 热响应实验 |
3.3.2 建筑物动态负荷模拟 |
3.4 模拟分析 |
3.4.1 TRNSYS软件介绍 |
3.4.2 TRNSYS软件建模及结果 |
3.4.3 模拟结果分析 |
3.5 跨季节蓄热技术 |
3.5.1 技术路线 |
3.5.2 采用蓄热水箱后埋管出水温度变化 |
3.5.3 采用蓄热水箱后能耗变化 |
3.6 经济性分析 |
3.7 节能及环境性评价 |
3.8 控制策略对比 |
3.8.1 水箱出水温度控制 |
3.8.2 水箱供热控制 |
3.9 水箱体积优化 |
3.10 热平衡可行性 |
3.11 本章小结 |
4 蓄热水箱与埋管的对比 |
4.1 蓄热水箱代替一定数量埋管的可行性 |
4.2 蓄热水箱与地埋管钻孔数量的数学关系 |
4.3 方案比较 |
4.4 本章小结 |
5 结论与展望 |
5.1 结论 |
5.2 展望 |
致谢 |
参考文献 |
附录 |
作者在攻读硕士学位期间发表论文的目录 |
(8)地源热泵岩土热响应测试与系统性能仿真(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
符号与标记 |
第一章 引言 |
1.1 研究意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 土壤热响应测试 |
1.2.2 地源热泵传热模型 |
1.2.3 地源热泵系统性能的影响因素 |
1.2.4 冰蓄冷技术 |
1.2.5 多种型式结合的地源热泵系统 |
1.3 存在的问题 |
1.4 本文工作及解决的主要问题 |
1.4.1 本文的主要工作 |
1.4.2 解决的问题 |
第二章 热响应模型及试验验证 |
2.1 经典线热源解析解模型 |
2.1.1 线热源模型求导热系数 |
2.1.2 求埋管井内热阻的主要方法 |
2.1.3 求热容 |
2.1.4 计算结果与讨论 |
2.1.5 经典线热源解析解模型存在的问题 |
2.2 变工况热响应测试模型 |
2.2.1 无限长圆柱热源模型简化 |
2.2.2 传热方程 |
2.2.3 传热方程的离散 |
2.2.4 求解算法 |
2.3 变工况热响应测试装置 |
2.3.1 测试原理图 |
2.3.2 设备组成 |
2.3.3 传感器的选型与精度 |
2.3.4 测试方法与步骤 |
2.4 变工况热响应测试结果与分析 |
2.4.1 测试井基本概况 |
2.4.2 测试结果与分析 |
2.5 本章小结 |
第三章 地源热泵井群模型及实验验证 |
3.1 井群埋管井传热模型 |
3.1.1 井群边界条件简化 |
3.1.2 计算模型 |
3.1.3 井数修正 |
3.2 实验平台简介 |
3.2.1 总实验台介绍 |
3.2.2 地源热泵实验介绍 |
3.3 传热模型的验证与分析 |
3.4 本章小结 |
第四章 热物性参数对地源热泵系统性能的影响 |
4.1 模拟系统简介 |
4.2 系统仿真 |
4.3 参数变化对系统性能的影响 |
4.3.1 导热系数对系统运行的影响 |
4.3.2 热容对系统运行的影响 |
4.3.3 热阻对系统运行的影响 |
4.3.4 埋管间距对系统运行的影响 |
4.3.5 打井数量对系统运行的影响 |
4.4 本章小结 |
第五章 地源热泵系统性能仿真与实例分析 |
5.1 仿真系统流程 |
5.2 仿真软件结构 |
5.3 仿真系统计算模型 |
5.3.1 冰蓄冷制冰模型及验证 |
5.3.2 负荷预测与优化控制模型 |
5.4 实例分析 |
5.4.1 设备选型 |
5.4.2 仿真运行及分析 |
5.5 本章小结 |
第六章 结论与展望 |
6.1 主要内容与结论 |
6.1.1 变工况热响应模型与测试 |
6.1.2 有限无边井群模型 |
6.1.3 冰蓄冷仿真模型 |
6.1.4 负荷预测与优化控制模型 |
6.1.5 地源热泵系统性能仿真 |
6.2 主要创新 |
6.3 研究展望 |
参考文献 |
致谢 |
攻读博士学位期间已发表或录用的论文 |
(9)严寒地区空气源土壤蓄热式热泵系统及运行特性研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
物理量名称及符号表 |
第1章 绪论 |
1.1 课题背景及研究的目的和意义 |
1.1.1 课题背景 |
1.1.2 研究目的及意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 土壤源热泵研究现状 |
1.2.2 季节性土壤蓄热研究现状 |
1.3 研究现状总结和问题提出 |
1.4 本文的主要工作 |
第2章 HPASSHS 系统运行模式及数学模型 |
2.1 引言 |
2.2 HPASSHS 系统运行模式 |
2.3 HPASSHS 系统数学模型 |
2.3.1 土壤换热器数学模型 |
2.3.2 空气换热器数学模型 |
2.3.3 热泵机组数学模型 |
2.3.4 房间室温数学模型 |
2.4 控制方案 |
2.5 参数计算 |
2.5.1 土壤换热器的换热量 |
2.5.2 热泵的供热(冷)量和耗电量 |
2.5.3 评价指标 |
2.6 本章小结 |
第3章 严寒地区 HPASSHS 系统实验研究 |
3.1 引言 |
3.2 实验系统组成 |
3.2.1 土壤换热器 |
3.2.2 室内外空气换热器 |
3.2.3 热泵机组 |
3.2.4 循环泵和保温 |
3.2.5 供热房间 |
3.3 测量装置 |
3.4 实验误差分析 |
3.5 实验结果分析 |
3.5.1 第一年实验结果分析 |
3.5.2 第二年实验结果分析 |
3.5.3 整体运行结果分析 |
3.6 系统模型验证 |
3.6.1 蓄热期模型验证 |
3.6.2 供热期模型验证 |
3.7 本章小结 |
第4章 严寒地区 HPASSHS 系统运行特性分析 |
4.1 引言 |
4.2 节能建筑的 HPASSHS 系统设计 |
4.3 HPASSHS 系统全年运行特性分析 |
4.4 有无蓄热时系统可持续性分析 |
4.5 本章小结 |
第5章 严寒地区 HPASSHS 系统优化研究 |
5.1 引言 |
5.2 参数影响分析 |
5.2.1 蓄热时间 |
5.2.2 室外风机盘管换热面积 |
5.2.3 埋管换热面积 |
5.2.4 热泵容量 |
5.2.5 室内风机盘管换热面积 |
5.3 系统优化 |
5.3.1 优化目标及约束条件 |
5.3.2 优化结果分析 |
5.4 节能性和经济性分析 |
5.5 本章小结 |
第6章 HPASSHS 系统在寒冷地区的拓展应用 |
6.1 引言 |
6.2 节能建筑的 HPASSHS 系统设计 |
6.3 HPASSHS 系统全年运行特性分析 |
6.4 HPASSHS 系统和 GCHP 系统比较分析 |
6.5 节能性和经济性分析 |
6.6 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读学位期间发表的学术论文 |
致谢 |
个人简历 |
(10)地能利用热泵系统能量多样化机制及其效能(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题研究背景与意义 |
1.1.1 课题背景 |
1.1.2 课题意义 |
1.2 地能利用热泵系统研究现状与发展 |
1.3 热泵系统能量多样化应用与发展 |
1.4 地下传热研究的现状 |
1.5 本课题的研究内容及方法 |
第2章 地下换热器 G 函数应用及其模型分析 |
2.1 地下换热器模型 |
2.2 孔外传热模型 |
2.2.1 长时间步长 |
2.2.2 短时间步长 |
2.3 计算步长特征分析 |
2.4 不同地孔数量的负荷响应特征 |
2.5 孔内状态传热分析 |
2.5.1 孔径 |
2.5.2 孔内支管间距 |
2.5.3 回填材料导热系数影响 |
2.6 地下换热过程分析 |
2.6.1 地下换热器出口流体温度 |
2.6.2 地下换热器内循环流体流速 |
2.6.3 初始温度影响 |
2.6.4 孔间距影响 |
2.7 本章小结 |
第3章 热泵热力系统集成及其模块建立 |
3.1 热泵热力系统 |
3.2 热泵模型 |
3.2.1 热力特性表征 |
3.2.2 模型建立 |
3.2.3 模型验证 |
3.3 太阳能瞬时辐射模型 |
3.3.1 辐射照度计算 |
3.3.2 模型建立 |
3.3.3 模型验证 |
3.4 太阳能集热器模型 |
3.4.1 传热关系 |
3.4.2 模型建立 |
3.4.3 模型算例 |
3.5 蓄热水箱模型 |
3.5.1 传热关系 |
3.5.2 模型建立 |
3.5.3 模型算例分析 |
3.6 负荷端模块 |
3.7 本章小结 |
第4章 热力过程仿真分析及其实验验证 |
4.1 热力系统仿真分析方法 |
4.2 热力系统基本参数 |
4.3 实验及装备 |
4.3.1 实验系统 |
4.3.2 实验测量 |
4.4 建筑负荷计算 |
4.5 系统集成分析与验证 |
4.6 本章小结 |
第5章 热泵热力系统联供机制与效能分析 |
5.1 热泵热力系统运行模式 |
5.2 单供热与冷热联供分析 |
5.2.1 建筑负荷确定 |
5.2.2 温度特性 |
5.2.3 能效分析 |
5.3 单供冷与冷热联供分析 |
5.3.1 建筑负荷确定 |
5.3.2 温度特性 |
5.3.3 能效分析 |
5.4 本章小结 |
第6章 热泵热力系统蓄能作用研究 |
6.1 热泵热力系统蓄能基本模式 |
6.2 连续蓄能份额调控 |
6.2.1 夏季等量蓄能分析 |
6.2.2 不同蓄能份额对比 |
6.3 间歇蓄能模式 |
6.3.1 蓄能间歇周期作用特性 |
6.3.2 蓄能负荷峰值影响分析 |
6.4 冷热联供与蓄能复合模式蓄能过程 |
6.5 冷热联供与蓄能复合模式全年运行分析 |
6.5.1 后段过渡季节蓄能 |
6.5.2 前、后段过渡季节蓄能 |
6.5.3 复合模式多年运行比较 |
6.6 本章小结 |
第7章 总结与展望 |
7.1 总结 |
7.2 创新点 |
7.3 展望 |
参考文献 |
作者简介及在学期间所取得的科研成果 |
后记和致谢 |
四、U型垂直换热器地源热泵夏季供冷测试及传热模型(论文参考文献)
- [1]分层和渗流条件下竖直地埋管换热器传热特性研究[D]. 张东海. 中国矿业大学, 2020(03)
- [2]严寒地区地源热泵井群不同管间距冷堆积分析[D]. 张贺. 吉林建筑大学, 2020(04)
- [3]校园办公建筑土壤源热泵系统的供暖运行特性及优化研究[D]. 鲁倩男. 沈阳建筑大学, 2020(04)
- [4]分层渗流条件下单U型地埋管换热实验与数值计算研究[D]. 郑绍华. 重庆大学, 2019(01)
- [5]地埋管地源热泵钻浆处理回填研究[D]. 高崇. 重庆大学, 2019(01)
- [6]地下水渗流对地埋管管群布置方式的影响研究[D]. 刘金玉. 沈阳建筑大学, 2019(05)
- [7]蓄热水箱-地源热泵系统在夏热冬冷地区运行特性研究[D]. 郭哲豪. 重庆大学, 2018(04)
- [8]地源热泵岩土热响应测试与系统性能仿真[D]. 董兴杰. 上海交通大学, 2016(03)
- [9]严寒地区空气源土壤蓄热式热泵系统及运行特性研究[D]. 张姝. 哈尔滨工业大学, 2013(03)
- [10]地能利用热泵系统能量多样化机制及其效能[D]. 齐子姝. 吉林大学, 2012(04)