当前位置: 首页 > 学术论文 > 太阳能 > 正文

太阳能土壤蓄热供暖(冷)系统埋地换热器性能研究

关注热度:84   来源:新能源学术论文  作者:王芳
相似论文 相关推荐 你可能关注 点击排行 我要评论

【摘要】:太阳能-土壤源热泵(Solar-Ground Source Heat Pump, SGSHP)因其利用太阳辐射热和可再生的浅层土壤热,被认为是21世纪一项最具有发展前途的、具有节能和环保意义的制冷空调技术。该系统是以太阳能作为主要热源的热泵系统。制约太阳能-土壤源热泵技术发展的因素很多,其中,太阳能的蓄存、地下埋管换热器换热和土壤热平衡问题一直是太阳能土壤源热泵技术的研究关键。 本文在总结了国内外太阳能土壤源热泵技术与蓄能技术的基础上,将二者有机地结合在一起,设计了太阳能季节性土壤蓄热供暖(冷)系统(Heating (Cooling) System of Solar Seasonal Soil Storage),该系统主要是由太阳能集热系统、土壤蓄热系统、热泵机组、地板辐射末端装置组成。本文以该系统的地下埋管换热器作为研究对象,主要从以下几个方面进行了研究: 首先,利用有限单元法建立了土壤换热器三维数理模型,模拟了系统连续运行两年土壤温度场的变化及恢复情况。运行结束,土壤温度比初始值高了将近1℃。该系统特别适合用于严寒地区,冬季:太阳能做为主要热源,土壤源热泵做为辅助热源;夏季:土壤换热器直接供冷。土壤一年三季(春、夏和秋)进行长期蓄热,这样不仅保持了土壤的热平衡,还为下一个冬季更好地供暖提供了保证。 其次,在所建立的数理模型基础上,本文首先模拟了单根U型管换热器的运行特性,研究了以年为周期,系统运行两年的不同深度(5m、30m和50m)土壤的温度变化情况、不同运行工况下U型管换热器对周围土壤温度的影响、不同土壤热物性和不同U型管管材对周围土壤温度的影响。 再次,又模拟了多根U型管换热器的运行特性,从土壤热物性、埋管管材、埋管间距及埋管排列方式四个方面分析了影响土壤与埋管换热器之间的换热效果。其中,埋管管材对长期运行的太阳能季节性土壤蓄热供暖(冷)系统影响不是很大。在选择管材类型时,可从经济上考虑,本文选择了价格低廉的普通聚乙烯管材。 另外,对换热影响最大的是埋管排列方式。四种排列方式中圆形的排列方式换热器换热能力最强,其次是多边形和正方形排列方式,最差的为矩形排列。换热能力强的排列方式,冬季换热器日取热量大,出水温度高;但夏季出水温度过低,不利于地板辐射供冷。因此,在选择换热器排列方式时,本文采用的是矩形排列,虽然冬季换热效果没有前三种好,但完全可以满足供暖要求,夏季又符合地板辐射供冷水温的要求。 最后,为了考察太阳能季节性土壤蓄热供暖(冷)系统的运行特性,同时验证本文所建数学模型的正确性,在哈尔滨市松北区建立了太阳能季节性土壤蓄热供暖(冷)实验系统示范工程。本实验系统是把太阳能热泵、土壤蓄热及地板辐射系统有机的结合在一起的供暖(冷)空调系统,于2007年11月开始运行。实验测得:供暖中期平均供暖性能系数为5.01,供暖末期供暖性能系数可达13.02。在相同(或近似)的条件下,通过比较实验值和模拟值吻合较好,验证了本文建立的数学模型的正确性和可靠性。 太阳能季节性土壤蓄热供暖(冷)系统是一种新型节能、环保的供暖(冷)系统,由于经济性等原因,目前该系统在实际中还得不到广泛的应用,但是随着常规能源的日益枯竭、能源价格的逐渐上涨、环保压力的不断增加,同时还由于太阳能供暖、空调技术的不断完善,太阳能季节性土壤蓄热供暖(冷)系统将成为一种非常有竞争力的供暖(冷)方式。本文的工作可以为今后太阳能季节性土壤蓄热供暖(冷)系统的应用提供理论基础和技术支持。
【关键词】:太阳能 季节性土壤蓄热 埋地换热器 有限单元法 运行特性
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TU831.3
【目录】:
  • 摘要3-5
  • Abstract5-7
  • 物理量名称及符号表7-15
  • 第1章 绪论15-34
  • 1.1 课题背景及研究的目的和意义15-21
  • 1.1.1 课题背景15-18
  • 1.1.2 研究的目的和意义18-21
  • 1.2 国内外研究现状分析21-32
  • 1.2.1 土壤源热泵的研究现状21-27
  • 1.2.2 太阳能-土壤源热泵的研究现状27-30
  • 1.2.3 太阳能-土壤源热泵与地板辐射空调系统联合运行30-31
  • 1.2.4 国内外在研究太阳能-土壤源热泵技术存在问题与分析31-32
  • 1.3 本文的主要工作32-34
  • 第2章 竖直U型埋管换热器传热过程的理论分析34-49
  • 2.1 概述34
  • 2.2 地下竖直U型埋管换热器的传热过程34-36
  • 2.3 地下竖直U型埋管换热器三维有限元数值模拟36-44
  • 2.3.1 物理模型的建立37-38
  • 2.3.2 数学模型的建立38-40
  • 2.3.3 模型的数值求解40-44
  • 2.4 土壤热物性44-48
  • 2.4.1 土壤的比热45
  • 2.4.2 土壤的导热系数45-46
  • 2.4.3 土壤的导温系数46-47
  • 2.4.4 土壤初始温度场分布47-48
  • 2.5 本章小结48-49
  • 第3章 单根竖直U型管换热器对周围土壤温度场影响分析49-60
  • 3.1 不同深度土壤温度变化情况49-53
  • 3.1.1 供暖期结束后换热器周围土壤温度变化情况50-51
  • 3.1.2 蓄热期结束后换热器周围土壤温度变化情况51-52
  • 3.1.3 系统运行两年换热器周围土壤温度变化情况52-53
  • 3.2 不同运行工况对土壤温度影响53-56
  • 3.2.1 无过渡季蓄热的SGSHP运行工况53-54
  • 3.2.2 土壤源热泵运行工况54-55
  • 3.2.3 不同运行工况对周围土壤温度影响55-56
  • 3.3 土壤物性对周围土壤温度影响56-57
  • 3.4 埋管管材对周围土壤温度的影响57-58
  • 3.5 本章小结58-60
  • 第4章 多根竖直U型管换热器对周围土壤温度场影响分析60-80
  • 4.1 太阳能土壤蓄热供暖(冷)系统运行两年土壤温度变化60-64
  • 4.2 不同土壤物性对换热器周围土壤温度影响64-67
  • 4.2.1 换热器周围土壤温度变化情况64-65
  • 4.2.2 冬季工况换热影响分析65
  • 4.2.3 夏季工况换热影响分析65-67
  • 4.3 不同埋管材质对换热器周围土壤温度影响67-70
  • 4.3.1 换热器周围土壤温度变化情况67-68
  • 4.3.2 冬季工况换热影响分析68-69
  • 4.3.3 夏季工况换热影响分析69-70
  • 4.4 不同管间距对换热器周围土壤温度影响70-73
  • 4.4.1 换热器周围土壤温度变化情况70-71
  • 4.4.2 冬季工况换热影响分析71-73
  • 4.5 换热器不同排列方式对周围土壤温度影响73-78
  • 4.5.1 换热器周围土壤温度变化情况73-75
  • 4.5.2 冬季工况换热影响分析75-76
  • 4.5.3 夏季工况换热影响分析76-78
  • 4.6 本章小结78-80
  • 第5章 太阳能土壤蓄热与地板辐射联合的供暖(冷)系统实验验证与分析.80-105
  • 5.1 实验目的80
  • 5.2 实验系统简介80-87
  • 5.3 实验系统的运行模式87-92
  • 5.4 实验系统运行模式转换条件92
  • 5.4.1 太阳能集热系统开、闭条件92
  • 5.4.2 热泵开、闭条件92
  • 5.5 实验系统的运行条件92-93
  • 5.6 测试仪表的选择及标定93-95
  • 5.7 系统特性的实验验证与分析95-103
  • 5.7.1 冬季系统特性分析96-98
  • 5.7.2 夏季系统特性分析98-101
  • 5.7.3 全年系统特性分析101-103
  • 5.8 本章小结103-105
  • 结论105-107
  • 参考文献107-116
  • 攻读博士学位期间发表的论文116-119
  • 致谢119-120
  • 人简历120


您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

直膨式土壤源热泵地下换热系统两相流动的传热研究    赵宏

太阳能供热系统的优化设计研究与应用    陈晨

可再生能源发展对我国能源结构的影响    魏凤;张晓黎;辛礼;周黎;王进雄;

土壤热源热泵系统垂直U形埋地换热器传热过程及合理间距的分析    周亚素,张旭,陈沛霖

太阳能-U形埋管土壤蓄热特性数值模拟与实验验证    杨卫波;施明恒;陈振乾;

不同方式地下埋管换热器的实验研究    朱强,李新国,赵军

建筑与绿色技术    刘志武

地源热泵地下垂直埋管换热器的试验研究    刘宪英,王勇,胡鸣明,魏唐棣

水平埋管换热器地热源热泵实验研究及传热模型    孙纯武,张素云,刘宪英

垂直埋管式土壤源热泵埋管周围土壤温度场的数值模拟    李芃,仇中柱,于立强

地源热泵及其相关问题讨论    程群英;罗明智;阳晴;孙纯武;刘宪英;

大力发展节能与绿色建筑    赖明

板式地板辐射采暖传热性能的研究    王海霞

地下土壤导热系数计算方法及结果分析    余传辉

挑梁根部设钢筋混凝土柱时设计计算方法    梁建国,湛华

自重对索网结构找形的影响    李扬,高日,晏景通

用ANSYS软件计算桥梁结构的温度应力    段凯,杨新华,杨文兵

昆明某大厦纠偏的有限元分析    马杰,侯景军,何英明

在地震波作用下地下连续墙的动力响应    薛松涛;张茂雨;谢丽宇;陈镕;王远功;

框架—支撑钢结构抗震性能的有限元分析    黄怡;王元清;石永久;

薄钢铺板对平台主梁变形影响的试验研究和分析    傅光耀;王浩;

节约型建筑——严寒地区单层住屋研究    刘洋;宋桂杰;

组合肋壳几何非线性分析    常玉珍;吴敏哲;

剪力墙结构弹塑性分析的QR法Ⅱ——计算格式、程序及算例    王青;徐港;

地基平面沉降下的大型石油储罐模态分析    宫建国;陶钧;曾胜;金涛;

外压容器临界载荷特性研究    张应迁;石艳;唐克伦;刘明;

论建筑业发展循环经济    段宗志;李大华;

太阳能光伏建筑一体化及其应用研究    孙颖;

多重网格在二维泊松方程有限元分析中的应用    王青平;白武明;王洪亮;

我国太阳能建筑技术的应用发展探讨    邸芃;王垚;

高素质人口促进可持续发展的机理分析    周亚越;俞海山;

板簧支架动态外载的计算和疲劳分析    李辉;孙利平;雷龙;

考虑坝体与坝肩动力相互作用的坝肩稳定动接触降强算法    李同春;朱寿峰;赵兰浩;胡继刚;

基于虚拟裂缝模型的带横缝高拱坝的抗震性能研究    张汉云;张燎军;

车身概念设计智能CAE关键技术的研究    张红哲

光纤陀螺光路偏振特性及温度性能研究    张琛

基于环境保护的我国绿色信贷制度研究    陈好孟

导电材料结构电磁热弹性多场行为的理论研究    白会娟

类菱形车转向系统研究与分析    查云飞

无限深透水地基上土石坝坝基渗流控制计算方法和防渗措施的研究    毛海涛

铝合金型材挤压的数值模拟及模具结构优化研究    潘健怡

变壁厚大锥度薄壁铝罐成形关键技术的研究    许兰贵

基于动力指纹的结构损伤识别可靠度方法研究    谭林

网格结构精细化有限元分析方法研究    刘海锋

基于磁控技术的TIG焊残余应力的研究    张学武

大厚度电子束焊缝的超声检测及缺陷散射信号的研究    胡婷萍

国际环境法中的差别待遇研究    程红丹

框架结构轻钢加层的地震反应分析研究    马飞飞

大型渠道混凝土振动密实成型数值模拟研究    刘帅

直膨式太阳能热泵热水器的模拟分析    张东

直膨式太阳能热泵热水系统性能的优化分析    李振兴

起重机减速器变位斜齿轮副有限元仿真分析与研究    王权

长脉冲激光与金属相互作用的热分析    范子嘉

装载机差速器齿轮的非线性接触与疲劳寿命分析    夏云清

低温地板辐射采暖的节能效果    宋玉森,李敏,杜子琼,王志斌

中国地源热泵技术应用发展情况调查报告(2005~2006)    吕悦;莫然;周沫;邓海燕;

地热源热泵地下埋管换热器传热模型的综述    刘宪英,胡鸣明,魏唐棣

采用肋片强化相变蓄热器传热的模拟分析    胡凌霄;付海明;刘栋栋;陈军;

燃气与太阳能联合供热系统集热器面积优化    支晓晔;刘燕;刘蓉;杜学平;

国外多相流研究的最新进展    肖伟,胥元刚

土壤源热泵冬季工况启动特性的实验研究    李元旦,张旭,周亚素,陈沛霖

直接膨胀式土壤耦合热泵系统研究进展    王晓涛;闫桂兰;郑鹏;马重芳;

太阳能蓄能地板供暖技术的应用研究    邱林;吴秀芬;刘星;魏立峰;

一种相变储能设备的强化传热数值研究    郭茶秀;张务军;魏新利;

住宅小区太阳能热水技术的工程应用——借鉴欧洲大型太阳能热力站的经验    何建清;

太阳能热风采暖系统与村镇建筑一体化研究    李宪莉

太阳能相变蓄热供暖系统理论及实验研究    李志永

热管换热器的两相流模型与耦合传热的研究    袁达忠

土壤源热泵垂直地埋管换热器传热特性研究    於仲义

太阳能热泵潜热蓄热供暖系统性能研究    韩宗伟

太阳能热泵地板辐射采暖系统特性与优化研究    程磊

R134a螺旋管内沸腾传热模拟研究    来逢逢

水平管内气液两相流流型数值模拟与实验研究    赵铎

直接膨胀式土壤源热泵实验研究及地下换热系统分析    贾韶强

太阳能相变蓄热装置蓄热性能实验及模拟研究    晋瑞芳

不同深度下导弹水下点火燃气射流流场数值模拟    许佳伟

直膨式土壤源热泵系统仿真及实验研究    杨思思

R417A在水平光滑管和内螺纹管内沸腾换热的性能模拟    王跃勇

增强地源热泵竖直埋管地下换热器换热性能的研究    刘冬生,孙友宏,庄迎春

21世纪的能源──太阳能电池    吴国庆

基于分形理论的多孔介质导热系数研究    陈永平,施明恒

现场测量深层岩土热物性方法    于明志,方肇洪

地源热泵与地表热能    赵军,齐春华,李新国,李丽新,朱强

水平埋地管换热器夏季瞬态工况的实验与数值模拟    李元旦,魏先勋

土壤热源与热泵联接运行冬季工况的试验研究    张昆峰,马芳梅,金六一,汤建华

地热源热泵地下埋管换热器传热模型的综述    刘宪英,胡鸣明,魏唐棣

地源热泵地下垂直埋管换热器的试验研究    刘宪英,王勇,胡鸣明,魏唐棣

地源热泵的套管式地下换热器研究    王勇,付祥钊

土壤源热泵的国内外发展历史与现状    李家伟;廉乐明;于立强;

自然工质热泵循环和地源热泵运行特性研究    王景刚

燃气热水器辐射地板及地源热泵辐射地板试验研究及传热模型    王文

垂直埋管式土壤源热泵的设计施工方法及夏季供冷测试和传热模型    吴永华

U型垂直埋管式土壤源热泵运行特性的实验研究    侯立泉

垂直深埋U型管大地耦合式地源热泵冬季实验研究与三维数值模拟    胡彦辉

地源热泵U型埋管换热器传热性能与实验研究    余乐渊

多源地下传热过程模拟计算及其温变特性分析    闫燕

低温地板辐射采暖系统调节性能研究    宗杰

套管式地下换热器传热模型及其传热分析    江彦

土壤源热泵空调工程的设计与施工    张燕立;张新发;由世俊;

土壤源换热系统的有限元分析    肖峰;王晓纯;计志海;

竖直U形地埋管换热器传热特性实验研究    於仲义;胡平放;胡磊;袁旭东;

土壤源热泵技术应用    雷维君;

长春地区太阳能热泵与土壤源热泵的综合利用    安笑媛;

中国地源热泵技术应用发展情况调查报告(2005~2006)    吕悦;莫然;周沫;邓海燕;

土壤源热泵垂直埋管周围温度场数理模型    张喜明,于立强

土壤源热泵垂直埋管周围温度场数值模拟    施志钢,于立强

试析降低竖直型土壤源热泵换热器造价的技术途径    龚伟申;

粉沙类土壤热物性数据的测定    张玲;黄奕沄;

土壤源热泵评价软件编制及北方地区适宜性研究    孟桃;

间歇运行工况下土壤源热泵实验研究    黄伙军;张少凡;

土壤源热泵换热器作用下的土壤温度变化研究    杨国强;周志华;李勇刚;

土壤源热泵在合肥某工程中的应用研究    郭二宝;

系统化的土壤源热泵设计方法    肖龙;朱清宇;徐伟;

土壤源热泵在合肥某工程中的应用    郭二宝;

土壤源热泵空调系统在北方地区的应用性研究    沈娇;李德英;

基于实测研究的别墅住宅土壤源热泵运行特性探讨    潘希存;谭洪卫;

不同气候区典型建筑负荷特征及其对土壤源热泵适用性的影响分析    马园园;王勇;

太阳能—土壤源热泵仿真系统研究    郭文超;董华;

专家共商土壤源热泵行业发展大计    顾猛

优化设计促土壤源热泵更节能    本报记者 李静华

晋瑞苑:节能环保省钱一举三得    本报记者 张剑雯

绿色典范的亮丽风景线    铁建晓

晋瑞苑节能示范小区主体率先封顶    铁建晓

在绿色建筑中与大自然亲密接触    本报记者 王存之 殷元元

我省单体面积最大节能小区主体全面封顶    本报记者

绿色建筑俏龙城    本报记者 武永清

可再生能源利用推动我区建设节能升级    本报记者 丽月

空气源热泵地暖系统节能效果显著    清华大学建筑学院教授 清华索兰环能技术研究所技术总监 李元哲

土壤热湿传递与土壤源热泵的理论与实验研究    张玲

土壤源热泵垂直地埋管换热器传热特性研究    於仲义

严寒地区空气源土壤蓄热式热泵系统及运行特性研究    张姝

复合式热泵供热系统的耦合特性研究    刘逸

新型分布式供能系统热力特性研究    王锡

地埋管相变回填材料的理论分析与实验研究    雷海燕

U型竖直地埋管换热器热响应模型及其算法研究    杨伟

土壤源热泵冬夏取排热量不平衡的大气热补偿方法    穆康

寒区土壤源热泵分区设计与运行模拟研究    李晓东

土壤源热泵工程全过程管理    高贵

直膨式土壤源热泵系统仿真及实验研究    杨思思

兰州地区土壤源热泵垂直U型管温度场数值模拟研究    贺静静

土壤源热泵运行模式与特性研究    李鹏辉

土壤源热泵工程应用    江超

太阳能—土壤源热泵复合系统运行特性研究    嵇素雯

土壤源热泵百米深竖直地埋管三维动态换热数值分析    赵启月

大连地区太阳能—土壤源热泵系统匹配特性研究    李双双

 
关键词: 太阳能

[ 学术论文搜索 ]  [ 加入收藏 ]  [ 告诉好友 ]  [ 打印本文 ]  [ 违规举报 ]  [ 关闭窗口 ]

 
相关学术论文推荐
 
0条 [查看全部]  相关评论
 
推荐论文
智能推荐
 
网站首页 | 关于我们 | 联系方式 | 使用协议 | 版权隐私 | 排名推广 | 广告服务 | 积分换礼 | 网站留言