土壤源熱泵系統(tǒng)地下熱滲耦合傳熱特性的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、根據(jù)地下土壤溫度季節(jié)性變化不明顯的特性，土壤源熱泵系統(tǒng)與普通空氣源熱泵系統(tǒng)相比具有很多優(yōu)勢(shì)，土壤源熱泵系統(tǒng)可以通過(guò)輸入少量電能，有效的利用低品位的淺層地?zé)崮転榻ㄖ锕峄蛑评洹Ｔ谕寥涝礋岜孟到y(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，地下埋管的換熱性能與系統(tǒng)能效水平息息相關(guān)，因而需要對(duì)地下埋管的傳熱特性有足夠了解。本文通過(guò)設(shè)計(jì)搭建土壤源熱泵系統(tǒng)微型實(shí)驗(yàn)臺(tái)，實(shí)驗(yàn)研究不同工況下土壤源熱泵系統(tǒng)的地下傳熱特性與系統(tǒng)能效特性。進(jìn)而為土壤源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化運(yùn)行提供理論

2、依據(jù)。
　　本文首先對(duì)土壤源熱泵系統(tǒng)的發(fā)展歷程與研究現(xiàn)狀進(jìn)行歸納，并重點(diǎn)對(duì)土壤源熱泵系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)行分析總結(jié)。在此基礎(chǔ)上自行設(shè)計(jì)搭建土壤源熱泵系統(tǒng)微型實(shí)驗(yàn)臺(tái)，來(lái)實(shí)驗(yàn)研究地下的熱滲耦合傳熱特性。實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)思路為，依據(jù)相似傳熱理論將大型土壤源熱泵系統(tǒng)縮小為與其相似的微型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。土壤箱中沿滲流上下游布置兩根U型埋管，滲流速度通過(guò)移動(dòng)水箱位置差來(lái)調(diào)節(jié)。對(duì)熱泵機(jī)組、系統(tǒng)管路、循環(huán)水泵等主要設(shè)備部件進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)與選型。對(duì)于土壤溫度、流

3、體溫度以及管壁溫度的測(cè)點(diǎn)布置形式進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，溫度以及熱泵功率的測(cè)量采集與校正標(biāo)定均通過(guò)計(jì)算機(jī)一體化控制，并對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了誤差分析。
　　而后，運(yùn)用設(shè)計(jì)搭建的微型實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行9組對(duì)比工況的實(shí)驗(yàn)運(yùn)行，得到不同運(yùn)行工況下的不同位置土壤溫度、埋管進(jìn)出口水溫、埋管外壁溫、埋管換熱率的變化。重點(diǎn)分析了三種因素（埋管入口水溫、埋管內(nèi)水流速度、滲流速度）對(duì)土壤源熱泵系統(tǒng)地下傳熱特性的影響。結(jié)果表明:冬季工況下，埋管入口水溫越低，或埋管內(nèi)水流速度

4、越大，以及滲流速度越大，均會(huì)使埋管換熱性能增強(qiáng)。但是滲流會(huì)導(dǎo)致上下游埋管之間出現(xiàn)熱干擾現(xiàn)象，下游埋管換熱率小于上游埋管換熱率。
　　最后，通過(guò)設(shè)計(jì)8組滲流與非滲流條件下熱泵機(jī)組連續(xù)與間歇運(yùn)行的實(shí)驗(yàn)工況，來(lái)實(shí)驗(yàn)研究不同運(yùn)行模式與不同滲流條件下的地下埋管傳熱特性與系統(tǒng)能效特性。結(jié)果表明:系統(tǒng)間歇運(yùn)行對(duì)于土壤溫度恢復(fù)比較有利，進(jìn)而避免了系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行時(shí)埋管換熱率與熱泵COP逐漸減小的問(wèn)題。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，滲流速度較大時(shí)，由于熱泵機(jī)組制冷量有限，