夏热冬冷地区土壤源显热处理系统源测研究

作     者：刘饶 

作者单位：合肥工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：祝健

授予年度：2016年

学科分类：08[工学] 081404[工学-供热、供燃气、通风及空调工程] 0814[工学-土木工程] 

主      题：土壤源热泵 显热处理 模拟分析 运行控制 节能环保 

摘      要：温湿度独立控制的空调设计理念近年来在国内外逐渐发展起来,其将温、湿度分开控制的方法能够为人们提供更舒适的生活环境,且可以少用电能,甚至可利用低品位热能做动力,降低系统能耗。作为作为温湿度独立控制体系中的重要组成部分,显热处理系统只需承担室内的显热负荷,冷冻水温度可以提高到18℃以上,从而为很多天然冷源的利用提供了条件。土壤源热泵以其节能环保的特点受到越来越多的重视,对其在设计、运行等方面的研究和优化也在不断发展。用土壤源热泵来处理建筑负荷中的显热负荷是将两种节能环保新技术新理念相结合,在满足人们对环境质量要求的同时又实现了系统的节能。本文从理论分析、模拟计算和实例应用等方面对土壤源显热处理系统的源侧部分进行了分析研究。本文首先对土壤源显热处理系统的原理及设计方法进行了介绍分析,根据基于能量平衡原理建立的地埋管准三维传热模型,利用ANSYS软件对地埋管的换热性能及土壤温度场的变化做了模拟计算,并将模拟结果与测试结果相对比,钻孔每延米换热量及钻孔深度的平均相对误差分别在5.3%和1.3%左右,验证了所用传热模型是准确可靠的。针对土壤源显热处理系统中的地埋管进出水温度、管间距、负荷特性、系统运行方案等因素进行了模拟分析,结果表明,地埋管内水的平均温度的提高有助于增强换热能力;管间距增大可以减小管群间热干扰的影响;地埋管间歇运行场合更适合地源热泵系统的应用;采取土壤源直接提供高温冷水时,因地埋管平均温度较低,供冷能力有限,宜在显热负荷较小时使用;增加了土壤源直接供冷的系统后,土壤温度场的恢复能力增强,有助于保持土壤源显热处理系统的长期高效运行。针对土壤源显热处理系统源侧的运行控制,提出了按照分区、分负荷设计地埋管系统的布置运行优化策略,模拟结果显示,该方法可以有效减缓土壤温升,保持土壤源显热处理系统的高效运行。最后,将研究成果应用于合肥地区某办公楼建筑,设计计算结果表明,与常规地源热泵系统相比,土壤源显热处理系统的钻孔数量减少约50%,在有限的埋管面积中,可以选择较大的管间距,减少埋管之间的热干扰。然后对土壤源显热处理的温湿度独立控制系统、常规地源热泵系统、冷水机组加燃气锅炉的常规空调系统的全年能耗及碳排放量进行了分析与计算,比较发现土壤源显热处理系统的节能环保效益显著。