供热、供燃气、通风及空调工程专业优秀论文供热、供燃气、通风及空调工程专业优秀论文 太阳能太阳能- -地源热泵系地源热泵系统的理论与实验研究统的理论与实验研究关键词：太阳能关键词：太阳能- -地源热泵系统地源热泵系统 交替运行交替运行 垂直垂直 U U 型埋管型埋管 地下水渗流地下水渗流 土壤冻结土壤冻结 太阳能蓄热太阳能蓄热摘要：太阳能是一种分布广泛的清洁可再生能源，大地土壤本身是一个巨大的 太阳能集热器与储能体，收集并储存了约 47的投射到地球表面的太阳辐射能， 与太阳能一样取之不尽、用之不竭。如何更有效的利用太阳能与土壤热能，已 成为当今世界各国在能源领域竞相开发研究的热点。热泵作为一种节能环保型 空调技术，其特点在于通过消耗一定量的高品位能，把不能直接使用的低位热 能经过提升后转变成有用热能，在提高低温热源利用率的同时，达到节能目的。 太阳能与地热能利用技术和热泵技术相互结合，不仅可以提高太阳能与地热能 的利用效率及热泵供热性能，而且对于缓解能源与环境问题具有重要意义，因 此有着广阔的发展前景。本文分析了单一热源热泵的特点，在结合太阳能热泵 与地源热泵技术优缺点的基础上，针对北方气候特点提出了太阳能一地源热泵 的概念。给出了其工作原理、运行模式与流程、功能及其应用研究中有待解决 的关键问题，并在此基础上对其展开了深入的理论分析与实验研究。 地下埋 管换热器作为太阳能一地源热泵的主要热源采掘装置之一，其传热特性对系统 的应用研究具有重要意义。本文详细分析了土壤热物性参数及其测定方法，建 立了动态模拟用二区域 U 型埋管传热解析解模型，并用实验对其进行了验证。 考虑到常热流线热源理论的不足，文中通过引入叠加原理、阶跃负荷及孔洞热 阻思想将其发展为变热流情况，从而建立起变热流线热源模型，并对模型进行 了验证。为了进一步探讨土壤冻结与地下水渗流对地下埋管换热特性的影响， 建立了考虑土壤冻结与地下水渗流的 U 型埋管传热模型，通过数值求解，得出 了土壤中水分冻结与地下水渗流对地下埋管传热特性的影响规律。 太阳能-U 型埋管土壤蓄热作为系统装置的主要功能之一，对于实现太阳能移季利用与提 高冬季系统的运行性能具有双重功效。为了探讨利用系统中现有钻孔 U 型埋管 进行太阳能跨季节性土壤蓄热的可行性及其特性，文中基于多孔介质传热传质 理论及地下水渗流理论，在作相应简化的基础上建立了考虑地下水渗流与热湿 迁移影响的准三维 U 型埋管土壤蓄热的物理与数学模型。基于对模型的数值求 解，探讨了太阳能-U 型埋管土壤跨季节性蓄热的特性及土壤热物性参数与地下 水渗流对蓄热的影响，并利用实验数据验证了所建 U 型埋管蓄热模型的预测精 度。 考虑到现有多数热泵模型的复杂性及热泵运行性能主要取决于几个关键 特性参数的事实，基于经典热力学分析与参数优化技术，建立了基于特性参数 优化预测的水源热泵仿真模型。详细分析了模型的建立及其应用计算过程，并 用实例计算探讨了模型的实施步骤及其预测精度，结果表明：所建热泵模型具 有较好的预测精度与延伸预测性，可为地源热泵及太阳能地源热泵系统动态 仿真中热泵性能的模拟提供理论基础。 太阳能地源热泵系统的运行模式及 其特性是系统研究中的重要内容，为此本文对其联合与交替运行特性进行了探 讨。基于部件模型建立了太阳能地源热泵系统联合运行时的动态模拟模型， 并以青岛地区为例，利用所建模型分析与比较了各联合运行模式的运行特性， 结果显示：在本文模拟条件下，与单独地源热泵相比，联合运行模式节能8.810.1。在此基础上，基于遗传优化算法对其进行优化计算得到：对于 青岛地区而言，可按尺寸比例 8.1m(埋管深度)/1 mlt;#39;2gt;(集热器面积)或能量比例 84.1与 15.9来分 别设计埋管与集热器的大小。在交替运行模式部分，建立了交替运行时埋管周 围土壤冻融相变传热模型，并以土壤温度恢复率为评价标准，首次利用显热容 法对其进行了数值求解，结果表明：在所设定的条件下，对于无太阳能补热的 昼夜交替与短时间间隔交替运行模式，在以 24 小时为交替运行周期时，其太阳 能热源承担的时间比例可控制在 5058；同时利用日间太阳能补热来强制 土壤温度恢复，可有效克服自然恢复的缺陷，与其他交替方式综合使用可达到 最佳运行效果。为了验证所建交替运行埋管传热模型，文中将实测值与计算值 进行了对比，结果显示二者吻合较好。 设计并建立了一套太阳能地热能综 合利用多功能热泵实验系统，进行了地源热泵夏季运行特性、太阳能U 型埋 管跨季节性土壤蓄热特性、地源热泵冬季运行特性及太阳能地源热泵联合与 交替供暖运行特性等实验，获得了一批有价值的实验数据，为理论模型的验证 提供了实验依据。正文内容正文内容太阳能是一种分布广泛的清洁可再生能源，大地土壤本身是一个巨大的太 阳能集热器与储能体，收集并储存了约 47的投射到地球表面的太阳辐射能， 与太阳能一样取之不尽、用之不竭。如何更有效的利用太阳能与土壤热能，已 成为当今世界各国在能源领域竞相开发研究的热点。热泵作为一种节能环保型 空调技术，其特点在于通过消耗一定量的高品位能，把不能直接使用的低位热 能经过提升后转变成有用热能，在提高低温热源利用率的同时，达到节能目的。 太阳能与地热能利用技术和热泵技术相互结合，不仅可以提高太阳能与地热能 的利用效率及热泵供热性能，而且对于缓解能源与环境问题具有重要意义，因 此有着广阔的发展前景。本文分析了单一热源热泵的特点，在结合太阳能热泵 与地源热泵技术优缺点的基础上，针对北方气候特点提出了太阳能一地源热泵 的概念。给出了其工作原理、运行模式与流程、功能及其应用研究中有待解决 的关键问题，并在此基础上对其展开了深入的理论分析与实验研究。 地下埋 管换热器作为太阳能一地源热泵的主要热源采掘装置之一，其传热特性对系统 的应用研究具有重要意义。本文详细分析了土壤热物性参数及其测定方法，建 立了动态模拟用二区域 U 型埋管传热解析解模型，并用实验对其进行了验证。 考虑到常热流线热源理论的不足，文中通过引入叠加原理、阶跃负荷及孔洞热 阻思想将其发展为变热流情况，从而建立起变热流线热源模型，并对模型进行 了验证。为了进一步探讨土壤冻结与地下水渗流对地下埋管换热特性的影响， 建立了考虑土壤冻结与地下水渗流的 U 型埋管传热模型，通过数值求解，得出 了土壤中水分冻结与地下水渗流对地下埋管传热特性的影响规律。 太阳能-U 型埋管土壤蓄热作为系统装置的主要功能之一，对于实现太阳能移季利用与提 高冬季系统的运行性能具有双重功效。为了探讨利用系统中现有钻孔 U 型埋管 进行太阳能跨季节性土壤蓄热的可行性及其特性，文中基于多孔介质传热传质 理论及地下水渗流理论，在作相应简化的基础上建立了考虑地下水渗流与热湿 迁移影响的准三维 U 型埋管土壤蓄热的物理与数学模型。基于对模型的数值求 解，探讨了太阳能-U 型埋管土壤跨季节性蓄热的特性及土壤热物性参数与地下 水渗流对蓄热的影响，并利用实验数据验证了所建 U 型埋管蓄热模型的预测精 度。 考虑到现有多数热泵模型的复杂性及热泵运行性能主要取决于几个关键 特性参数的事实，基于经典热力学分析与参数优化技术，建立了基于特性参数 优化预测的水源热泵仿真模型。详细分析了模型的建立及其应用计算过程，并 用实例计算探讨了模型的实施步骤及其预测精度，结果表明：所建热泵模型具 有较好的预测精度与延伸预测性，可为地源热泵及太阳能地源热泵系统动态 仿真中热泵性能的模拟提供理论基础。 太阳能地源热泵系统的运行模式及 其特性是系统研究中的重要内容，为此本文对其联合与交替运行特性进行了探 讨。基于部件模型建立了太阳能地源热泵系统联合运行时的动态模拟模型， 并以青岛地区为例，利用所建模型分析与比较了各联合运行模式的运行特性， 结果显示：在本文模拟条件下，与单独地源热泵相比，联合运行模式节能 8.810.1。在此基础上，基于遗传优化算法对其进行优化计算得到：对于 青岛地区而言，可按尺寸比例 8.1m(埋管深度)/1 mlt;#39;2gt;(集热器面积)或能量比例 84.1与 15.9来分 别设计埋管与集热器的大小。在交替运行模式部分，建立了交替运行时埋管周 围土壤冻融相变传热模型，并以土壤温度恢复率为评价标准，首次利用显热容法对其进行了数值求解，结果表明：在所设定的条件下，对于无太阳能补热的 昼夜交替与短时间间隔交替运行模式，在以 24 小时为交替运行周期时，其太阳 能热源承担的时间比例可控制在 5058；同时利用日间太阳能补热来强制 土壤温度恢复，可有效克服自然恢复的缺陷，与其他交替方式综合使用可达到 最佳运行效果。为了验证所建交替运行埋管传热模型，文中将实测值与计算值 进行了对比，结果显示二者吻合较好。 设计并建立了一套太阳能地热能综 合利用多功能热泵实验系统，进行了地源热泵夏季运行特性、太阳能U 型埋 管跨季节性土壤蓄热特性、地源热泵冬季运行特性及太阳能地源热泵联合与 交替供暖运行特性等实验，获得了一批有价值的实验数据，为理论模型的验证 提供了实验依据。 太阳能是一种分布广泛的清洁可再生能源，大地土壤本身是一个巨大的太阳能 集热器与储能体，收集并储存了约 47的投射到地球表面的太阳辐射能，与太 阳能一样取之不尽、用之不竭。如何更有效的利用太阳能与土壤热能，已成为 当今世界各国在能源领域竞相开发研究的热点。热泵作为一种节能环保型空调 技术，其特点在于通过消耗一定量的高品位能，把不能直接使用的低位热能经 过提升后转变成有用热能，在提高低温热源利用率的同时，达到节能目的。太 阳能与地热能利用技术和热泵技术相互结合，不仅可以提高太阳能与地热能的 利用效率及热泵供热性能，而且对于缓解能源与环境问题具有重要意义，因此 有着广阔的发展前景。本文分析了单一热源热泵的特点，在结合太阳能热泵与 地源热泵技术优缺点的基础上，针对北方气候特点提出了太阳能一地源热泵的 概念。给出了其工作原理、运行模式与流程、功能及其应用研究中有待解决的 关键问题，并在此基础上对其展开了深入的理论分析与实验研究。 地下埋管 换热器作为太阳能一地源热泵的主要热源采掘装置之一，其传热特性对系统的 应用研究具有重要意义。本文详细分析了土壤热物性参数及其测定方法，建立 了动态模拟用二区域 U 型埋管传热解析解模型，并用实验对其进行了验证。考 虑到常热流线热源理论的不足，文中通过引入叠加原理、阶跃负荷及孔洞热阻 思想将其发展为变热流情况，从而建立起变热流线热源模型，并对模型进行了 验证。为了进一步探讨土壤冻结与地下水渗流对地下埋管换热特性的影响，建 立了考虑土壤冻结与地下水渗流的 U 型埋管传热模型，通过数值求解，得出了 土壤中水分冻结与地下水渗流对地下埋管传热特性的影响规律。 太阳能-U 型埋管土壤蓄热作为系统装置的主要功能之一，对于实现太阳能移季利用与提 高冬季系统的运行性能具有双重功效。为了探讨利用系统中现有钻孔 U 型埋管 进行太阳能跨季节性土壤蓄热的可行性及其特性，文中基于多孔介质传热传质 理论及地下水渗流理论，在作相应简化的基础上建立了考虑地下水渗流与热湿 迁移影响的准三维 U 型埋管土壤蓄热的物理与数学模型。基于对模型的数值求 解，探讨了太阳能-U 型埋管土壤跨季节性蓄热的特性及土壤热物性参数与地下 水渗流对蓄热的影响，并利用实验数据验证了所建 U 型埋管蓄热模型的预测精 度。 考虑到现有多数热泵模型的复杂性及热泵运行性能主要取决于几个关键 特性参数的事实，基于经典热力学分析与参数优化技术，建立了基于特性参数 优化预测的水源热泵仿真模型。详细分析了模型的建立及其应用计算过程，并 用实例计算探讨了模型的实施步骤及其预测精度，结果表明：所建热泵模型具 有较好的预测精度与延伸预测性，可为地源热泵及太阳能地源热泵系统动态 仿真中热泵性能的模拟提供理论基础。 太阳能地源热泵系统