地源熱泵中超強(qiáng)吸水樹脂與源土混合作為回填材料的實(shí)驗(yàn)研究_1

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1、從本學(xué)科出發(fā)，應(yīng)著重選對(duì)國民經(jīng)濟(jì)具有一定實(shí)用價(jià)值和理論意義的課題。課題具有先進(jìn)性，便于研究生提出新見解，特別是博士生必須有創(chuàng)新性的成果地源熱泵中超強(qiáng)吸水樹脂與源土混合作為回填材料的實(shí)驗(yàn)研究王向巖馬偉斌黃遠(yuǎn)峰龔宇烈孫始財(cái)摘要：超強(qiáng)吸水樹脂具有極強(qiáng)的吸水性和良好的熱物性能，混合與源土中作為回填材料，制熱工況下分別對(duì)螺旋盤管、U型管單獨(dú)運(yùn)行以及整個(gè)系統(tǒng)間歇運(yùn)行進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試，詳細(xì)分析了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出系統(tǒng)性能變化曲線。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，超強(qiáng)吸水樹脂與源土混合作為回填材料，特別是對(duì)于螺旋盤管換熱器，能夠增大地下?lián)Q熱器換熱量，提高地源熱泵系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性，適用于干旱、

2、土壤非飽和以及地下水位比較低的地區(qū)。關(guān)鍵詞：地源熱泵超強(qiáng)吸樹脂螺旋盤管U型管制熱系數(shù)0前言　　新能源的研究、開發(fā)和利用已經(jīng)成為世界各個(gè)先進(jìn)國家能源戰(zhàn)略的共同目標(biāo)，淺層地能作為一種可再生綠色新能源，清潔、無污染，以及其巨大的儲(chǔ)存量，已經(jīng)使得人們認(rèn)識(shí)到了淺層地能的利用價(jià)值。能夠一機(jī)多用的地源熱泵系統(tǒng)則在淺層地能應(yīng)用中日趨活躍，廣泛應(yīng)用于供暖，空調(diào)領(lǐng)域中。然而地源熱泵系統(tǒng)中埋地?fù)Q熱器受土壤性能影響較大，在連續(xù)運(yùn)行工況下，熱泵的冷凝溫度和蒸發(fā)溫度受周圍土壤溫度變化發(fā)生波動(dòng)而不穩(wěn)定。為了達(dá)到換熱效果，目前課題份量和難易程度要恰當(dāng)，博士生能在二年內(nèi)作出結(jié)果，碩士生能

3、在一年內(nèi)作出結(jié)果，特別是對(duì)實(shí)驗(yàn)條件等要有恰當(dāng)?shù)墓烙?jì)。從本學(xué)科出發(fā)，應(yīng)著重選對(duì)國民經(jīng)濟(jì)具有一定實(shí)用價(jià)值和理論意義的課題。課題具有先進(jìn)性，便于研究生提出新見解，特別是博士生必須有創(chuàng)新性的成果大多采用垂直U型埋管，這需要鉆相當(dāng)深度的井，費(fèi)用比較高，占初投資中很大比例。針對(duì)這一現(xiàn)狀，對(duì)螺旋管和U型管在超強(qiáng)吸水樹脂與源土混合作為回填材料的情況下，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。1超強(qiáng)吸水樹脂及回填材料性能描述　　超強(qiáng)吸水樹脂是一種吸水能力特別強(qiáng)的高分子材料，吸水率為自身的幾十至幾百倍，甚至千多倍。如Sumika凝膠S-50的吸水倍率為500~700,在低溫吸水倍率基本不隨溫度變化

4、；保水能力也非常高，吸水后無論加多大壓力也不會(huì)脫水，但會(huì)隨時(shí)間慢慢釋放水分，且具有良好的蓄熱、蓄冷能力[3]?！　〉卦礋岜孟到y(tǒng)中，理論計(jì)算以及實(shí)驗(yàn)研究表明，回填材料的導(dǎo)熱系數(shù)K是決定地下?lián)Q熱效果和系統(tǒng)效率的主要因素，常溫下，回填物質(zhì)組成確定以后，對(duì)回填材料導(dǎo)熱系數(shù)起決定作用的是密度和含水率，函數(shù)關(guān)系可表示為[1]：　　K=?　　ρ——回填材料密度(Kg/m)；　　ω——回填材料的含水率(%)課題份量和難易程度要恰當(dāng)，博士生能在二年內(nèi)作出結(jié)果，碩士生能在一年內(nèi)作出結(jié)果，特別是對(duì)實(shí)驗(yàn)條件等要有恰當(dāng)?shù)墓烙?jì)。從本學(xué)科出發(fā)，應(yīng)著重選對(duì)國民經(jīng)濟(jì)具有一定實(shí)用價(jià)值和理論

5、意義的課題。課題具有先進(jìn)性，便于研究生提出新見解，特別是博士生必須有創(chuàng)新性的成果　　如果把回填材料作為一種能量傳遞介質(zhì)考慮，它把自己儲(chǔ)存和吸收的能量傳給地下?lián)Q熱器以及熱循環(huán)介質(zhì)，在這個(gè)能量轉(zhuǎn)換過程中，水分起到了能量轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)存的作用，所以回填材料中含水率的大小對(duì)換熱器換熱效果起著很大的作用。以下按照一定比例在源土中混合超強(qiáng)吸水樹脂作為回填材料，并采用螺旋盤管和U型管兩種地下?lián)Q熱形式，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究和分析。試驗(yàn)系統(tǒng)介紹　　實(shí)驗(yàn)臺(tái)由地源熱泵、地下?lián)Q熱器等組成，主要設(shè)備見表1，采暖空調(diào)房間面積65m積，表1主要設(shè)備表設(shè)備名稱型號(hào)主要參數(shù)數(shù)量地源熱泵WRB09制熱：

6、制冷：輸入功率：/1冷卻水循環(huán)泵-流量：/H揚(yáng)程：1風(fēng)機(jī)盤管　換熱量：風(fēng)量：1000m3/H課題份量和難易程度要恰當(dāng)，博士生能在二年內(nèi)作出結(jié)果，碩士生能在一年內(nèi)作出結(jié)果，特別是對(duì)實(shí)驗(yàn)條件等要有恰當(dāng)?shù)墓烙?jì)。從本學(xué)科出發(fā)，應(yīng)著重選對(duì)國民經(jīng)濟(jì)具有一定實(shí)用價(jià)值和理論意義的課題。課題具有先進(jìn)性，便于研究生提出新見解，特別是博士生必須有創(chuàng)新性的成果2　　實(shí)驗(yàn)共打井4口，其中1、2號(hào)井，換熱器形式采用螺旋盤管，井深，螺旋直徑，螺旋間距200mm，并設(shè)計(jì)注水裝置[2]，具體結(jié)構(gòu)圖見圖；3、4號(hào)井采用U型管，井深，每套螺旋管和U型管均為管徑DN32，壁厚3mm，管長80m

7、的PE管。整個(gè)系統(tǒng)見圖(2)。圖1螺旋盤管結(jié)構(gòu)圖圖實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)原理圖　　實(shí)驗(yàn)所選地地勢(shì)相對(duì)較高，地下水位比較低，土壤為非飽和態(tài)，回填之前對(duì)螺旋盤管打井源土采樣測(cè)試，土壤密度約為1450Kg/m，土壤含水率約為18%-20%。其中1號(hào)井，采用源土回填，2、3、4號(hào)井則按照質(zhì)量比1：1000在源土中混入吸水倍率1：500的Sumika凝膠S-50超強(qiáng)吸水樹脂。整個(gè)系統(tǒng)中，在熱泵冷卻水，冷凍水進(jìn)出口，螺旋盤管和U型管進(jìn)出口管外壁以及其他不同位置設(shè)置k型銅-康銅熱電偶36組，1號(hào)和2號(hào)井熱電偶對(duì)稱布置，具體位置如圖圖螺旋盤管熱電偶布置圖試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析課題份量和難易程度

8、要恰當(dāng)，博士生能在二年內(nèi)作出結(jié)果，碩士生能在一年內(nèi)作出結(jié)果，特別是對(duì)實(shí)驗(yàn)條件等要