垂直U型土壤換熱器長期供冷問題的研究.pdf

1、圖書分類號：TU831.6學(xué)校代碼：10213UDC:697密級：公開工學(xué)碩士學(xué)位論文垂直U型土壤換熱器長期供冷問題的研究碩士研究生：郭敏導(dǎo)師：鄭茂余教授申請學(xué)位：工學(xué)碩士學(xué)科、專業(yè)：供熱、供燃氣、通風(fēng)及空調(diào)工程所在單位：市政環(huán)境工程學(xué)院答辯日期：2009年6月授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文摘要土壤源因其清潔、環(huán)保、可再生、能量大等優(yōu)點，被認為是21世紀一項最具有發(fā)展前途的、具有節(jié)能和環(huán)保意義的自然冷（熱）源

2、。該能源作為土壤源熱泵系統(tǒng)的主要能量成為越來越多的學(xué)者關(guān)注的焦點。目前，土壤源熱泵的系統(tǒng)已不完全局限于傳統(tǒng)的熱泵系統(tǒng)，應(yīng)用的領(lǐng)域也擴大到工業(yè)領(lǐng)域。制約土壤熱源利用的因素很多。其中，地下埋管換熱器換熱與土壤熱平衡問題一直是研究的關(guān)鍵。本文在總結(jié)了國內(nèi)外土壤源熱泵技術(shù)的基礎(chǔ)上，針對某工藝的特殊要求對垂直U型土壤換熱器長期取冷時，地下溫度的變化和分布情況進行了模擬分析。本文以該系統(tǒng)的地下埋管換熱器作為研究對象，主要從以下幾個方面進行了研究：首

3、先，利用有限容積法建立了單管土壤換熱器三維數(shù)理模型，模擬了哈爾濱地區(qū)系統(tǒng)連續(xù)運行10年土壤溫度場的變化情況。比較分析在不同換熱量，不同流速、不同回填料和不同導(dǎo)熱系數(shù)時流體溫度變化和土壤溫度分布的影響。其中，回填料對系統(tǒng)長期運行的換熱效果影響并不明顯，在進行鉆井回填時，可考慮對U型管的固定作用，不必刻意斟酌加強換熱，因此可采用原土壤回填。其次，在所建立的數(shù)理模型基礎(chǔ)上，本文對天津、武漢、廣州等幾個典型的地區(qū)進行了模擬比較分析。對各個地區(qū)在

4、本文設(shè)定工況下的極限換熱量進行了計算，并對其進行比較。其中，天津地區(qū)U型管換熱器長期供冷的極限換熱量為1006.51W單位管長換熱量為22.13Wm；武漢地區(qū)U型管換熱器長期供冷的極限換熱量為935.17W單位管長換熱量為18.70Wm；廣州地區(qū)U型管換熱器長期供冷的極限換熱量為100.20W單位管長換熱量為2Wm。由此可以看出，對于廣州地區(qū)，采用U型管換熱器長期進行直接供冷，能夠獲得的冷量非常有限，說明該系統(tǒng)并不適合在廣州（夏熱冬暖地

5、區(qū)）地區(qū)使用。再次，在單管的基礎(chǔ)上建立雙管和多管系統(tǒng)的傳熱模型，對不同管間距埋管的換熱量進行模擬比較。雙管和多管布置時，由于管間的熱干擾作用，系統(tǒng)的換熱量將不同程度降低。其中雙管布置時，較相同工況下單管換熱時換熱量減少20%以上；多管布置時，換熱量減少50%以上。利用土壤熱源長期應(yīng)用于工藝供冷的系統(tǒng)是一種新型的系統(tǒng)，目前該系統(tǒng)在實際中還得不到廣泛的應(yīng)用，但是隨著常規(guī)能源的日益枯竭、能源價格的逐漸上漲、環(huán)保壓力的不斷增加和應(yīng)用技術(shù)的進步，