地源热泵冬季工况土壤温度变化特性研究-(10328)

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1、华中科技大学硕士学位论文[1,20,21]拟计算方法。基本上可以这么认为，在这一土壤源研究的高潮时期，大部分研究工作、土壤源热泵商品化以及推广使用都基本完成。直到20世纪80年代后期土壤源热泵才开始在商业、民用建筑的空调设计中开始[22]被采用。但由于当时热泵专家不懂安装技术，安装工人又不懂原理，在一段时间的快速增长以后，市场上充斥了许多不可靠的产品以及错误的安装，并且价格也居高不下。进人20世纪90年代,对于土壤源热泵的研究依旧集中在强化传热、地埋管换热[11,23,24]器的换热机理等方面。在这一时期，研究学者一方面也更多地关注相互耦合的传热、传质模型，从而能

2、更好的模拟地埋管的真实换热；另外一方面通过实验研究发现更好的回填材料以强化埋管的导热过程；此外学者们也对地埋管换热器与热泵装置的匹配问题进行了研究。Couvillion在1990年采用有限元法模拟了水平埋管矩形[20]截面回填土的实验系统，结果与实验数据吻合较好。1997年Rottmayer、Beckman[25]和Mitchell基于有线差分法开发了一个二维的U型地下埋管换热器数值模型。Shonder与Beck在1999年开发了U型地埋管换热器一维传热模型，在模型中将U型管等量成单根管进行考虑，并假设在等价单根管外围有一薄层，用以模拟U型管的热容与[26]传热流

3、体。2000年前，EI（EngineeringIndex）中每年检索到的相关文献和报告在20篇左右，NITS（美国科技研究报告索引）每年检索到的研究报告则在51篇左右。可见，对地[18]源热泵系统的研究仍然还有许多工作值得去做。1.2.2国内发展研究概况国内大致是从20世纪80年代开始对地源热泵进行研究。在整个研究的初始阶段，首先主要是是高校和相关科研机构对地源热泵进行专题研究。专题研究的内容主要包括以下几个方面：(1)地埋管换热器的传热模型与传热研究。(2)夏季瞬态工况数值模拟研究。(3)热泵装置与部件的仿真模型的理论和实践研究。7华中科技大学硕士学位论文(4)

4、地源热泵空调系统制冷工质替代研究。(5)其它能源与地热源联合应用的研究。(6)地源热泵系统的设计与施工。(7)地源热泵系统的经济性能和运行特性的研究。(8)地下水源热泵回灌技术与时间。(9)土壤热物性及土壤热导率的试验研究。[55](10)同井回灌地下水源热泵地下水运移数值模拟与实验研究。随着国内地源热泵研究的不断深入以及国家的大力支持，在20世纪90年代，北京工业大学的丁良士教授开始研究深层地热的利用。山东建筑大学的方肇洪教授完成“地热综合利用关键技术”技攻关项目，这一项目被专家评定已“达到国际领先水平”。1998年重庆建筑工程学院建成包括浅埋竖直换热器和水平埋

5、管换热器在内[27,28]的试验装置，主要进行了15m深的套管式竖直浅埋管传热的实验室研究。同济[29]大学于1999年5月建成地源热泵实验台，并进行实验研究。同时在这段时间内，[30]有的学者也开始采用数值分析和理论研究的方法来研究地埋管换热器中的传热问[31,32]题。总的来说，国内学者对于地源热泵系统的研究重点主要包括如何来准确确定单位管长换热量、系统COP，如何来确定埋管之间合理间距以及如何来确定岩土热物性等等，而这些重点大多数都是通过地埋管换热器的实验研究来得出。21世纪随着国家自然科学基金对地源热泵研究的大力资助，国内学者对于地源热泵的研究也冯家深入。

6、姚杨教授提出了一种适合于以空调负荷为主，采暖负荷为辅的土壤蓄冷与土壤源热泵集成系统。哈尔滨工业大学成立的热泵空调技术研究所先后建立了同井回灌地下水源热泵地下水运移数学模型，并对含水层温度场进行了[55]数值模拟。建设部在2005年将地源热泵技术列为建筑业十项新技术，并颁布实施国内首个关于土壤源热泵技术的标准《土壤源热泵供暖空调技术规程》，推动了地源热泵技术的普及和发展。正是由于土壤源热泵具有良好的节能与环境效益，在国内也得到日益广泛的关注与应用。相信在不远的将来，在国内专家的不懈努力下，在国家的大力支持下，地源热泵行业会发展到一个新的高度。8华中科技大学硕士学位论

7、文1.3本文主要研究内容与技术路线对土壤源热泵进行研究具有很大的工程实际应用价值，而地埋管换热器的传热过程与地下土壤温度场的变化是土壤源热泵的关键技术之一，对地源热泵系统经济运行与优化设计有着关键的作用。因此研究地下土壤的温度分布与变化情况、地埋管换热器的换热情况也就尤为重要。现阶段研究学者在对于地源热泵的研究时远端土壤边界条件的设置主要有等壁温和绝热两种。本文将采用数值模拟方法，对处于两种边界条件下的地源热泵土壤温度场变化进行模拟研究，以探求实际情况下最为合理的边界条件设置情况。由于地埋管与土壤的换热是随着室内冷热负荷实时变化的，因此本文首先通过能耗模拟软件En

8、ergyP