土壤源热泵地下换热器优化设计与运行研究

作     者：黄兵 

作者单位：湖南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨昌智

授予年度：2010年

学科分类：080705[工学-制冷及低温工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：土壤源热泵系统 地下换热器 模拟运行 换热成本 优化设计 

摘      要：土壤源热泵是一种绿色环保节能的空调系统,在中国已经开始进入高速推广使用阶段。本文综述了目前土壤源热泵技术的发展情况以及其在推广使用中所面临的技术瓶颈,分析了目前地下换热器的主要设计方法。 本文总结各种土壤热物性测试方法和数据处理方式,给出了一种简单易用的土壤热物性测试方法和数据处理方法,通过实测分析了测试方法的优缺点。地下换热器的设计主要任务是：钻孔埋管方式的选择、钻孔深度的设计、U型管管内.流体流量的设计、U型管进水温度的设计、地下换热器长度的计算。本文建立了钻孔传热的准三维模型,综合分析了钻井深度、U型管管内流体流量、U型管进水温度的对钻孔传热的影响。文中建立了地下换热器的全年运行逐时模拟模型,通过对不同设计方案的地下换热器进行模拟计算得出：对于同一建筑,不同的埋管方式对热泵的能耗影响不大;不同回填材料导热系数对热泵的能耗基本没有影响,回填材料的导热系数只影响地下换热器的设计计算长度;分析了动态负荷下的U型管出水温度的分布范围与地下换热器设计负荷的关系。 文中提出了地下换热器的换热成本的概念,用于地下换热器经济性的评估,并推导出来具体的计算式。根据地下换热器换热成本的概念和地下换热器运行模拟模型,提出了地下换热器优化设计的设计流程,并使用C#语言编出了具体的设计计算软件,提供给工程技术人员使用。文中根据热泵的运行能耗和地下换热器的安装成本,推导出了埋管方式的选择标准,并通过模拟计算给出了钻孔各设计参数的推荐值。