樁埋管地?zé)釗Q熱器的傳熱模型分析

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1、山東建筑大學(xué)碩士學(xué)位論文1．1引言第1章緒論隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及人們環(huán)保意識(shí)的提高，走可持續(xù)發(fā)展的道路已成了全球性的重要發(fā)展戰(zhàn)略。具有環(huán)保、節(jié)能等特點(diǎn)的地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)也愈來愈受到人們的重視。地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)通過利用大地中的大量低品位熱能來實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑物的供熱制冷。它與傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)的最大區(qū)別就在于其地埋管換熱器，在發(fā)達(dá)國家中，供熱和空調(diào)的能耗可占到社會(huì)總能耗的25-30％。由于我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，公共建筑和住宅的供熱和空調(diào)也己成為普遍的需求。在我國，供暖空調(diào)的能耗約占住宅總能耗的65％，而在大型公共建筑中，空調(diào)用電一般約占50％～60％【11。由此可

2、見供熱空調(diào)的能耗在總建筑能耗中占了主導(dǎo)地位。暖通空調(diào)行業(yè)的節(jié)能潛力很大，節(jié)能力度有待提高?，F(xiàn)今我國關(guān)于利用可再生能源的暖通空調(diào)系統(tǒng)的研究明顯增加，尤其是傳統(tǒng)的地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)，無論在技術(shù)上還是理論上都取得了不少成果。而樁埋管是地源熱泵系統(tǒng)新的埋管方式。它與建筑結(jié)構(gòu)相結(jié)合，充分地利用了建筑物面積，通過樁基與周圍大地形成換熱，從而減少了鉆孔費(fèi)用，降低了地源熱泵系統(tǒng)的初投資，進(jìn)一步提高了節(jié)能效果，使地源熱泵系統(tǒng)在將來必定有更加廣泛的應(yīng)用前景【2J。1．2熱泵簡介熱泵是一種利用高位能使熱量從低位熱源流向高位熱源的節(jié)能裝置【3】。顧名思義，就像水泵依靠某種動(dòng)力驅(qū)動(dòng)而將水由

3、低處提升至高處那樣，熱泵可以把不能直接利用的低位熱能，如空氣、土壤、水中所含的熱能以及工業(yè)廢熱等，轉(zhuǎn)化為可以利用的高位熱能，從而達(dá)到節(jié)約部分高位能，如煤、燃?xì)狻⒂?、電能等的目的。我們所處的周圍環(huán)境，包括周圍的空氣、水、土壤中蘊(yùn)藏著十分豐富的能量，只是因其溫度較低得不到直接的利用，而成為所謂的低品位熱量。熱泵技術(shù)的出現(xiàn)，使得這些豐富的低品位熱量能夠?yàn)槲覀兯?。我們知道，熱泵的工作運(yùn)行需要一個(gè)低溫?zé)嵩春鸵粋€(gè)高溫?zé)嵩?，從熱力學(xué)的觀點(diǎn)來看，熱泵實(shí)際上就是工作于這兩個(gè)熱源之間的一個(gè)熱機(jī)。蒸發(fā)器和冷凝器是熱泵的兩個(gè)不可缺少的部件。如果按蒸發(fā)器和冷凝器換熱的介質(zhì)不同分類，熱泵

4、可以被分為：空氣一空氣熱泵，空氣一水熱泵，水一水熱山東建筑大學(xué)碩士學(xué)位論文泵，水一空氣熱泵等。按照國際上通行的分類方法，熱泵空調(diào)根據(jù)其低溫?zé)嵩吹牟煌煞譃椤?叫：空氣源熱泵(Air-SourceHeatPump，ASHP)、水源熱泵(Water-SourceHeatPump，WSHP)和地源熱泵(Ground·SourceHeatPump，GSHP)。目前，空氣源熱泵與水源熱泵在我國工程實(shí)際中應(yīng)用得較為廣泛【_瑚。以室外空氣作為熱泵熱源的熱泵系統(tǒng)為空氣源熱泵，以池塘、湖泊或河溪中地表水以及地下水為熱泵熱源的熱泵系統(tǒng)為水源熱泵。它們共同的缺點(diǎn)是室外空氣和地表水溫度

5、隨氣候而變化，溫度越低時(shí)供熱量越小，·這與建筑熱負(fù)荷需求趨勢正好相反。因此當(dāng)室外空氣溫度低于熱泵工作的平衡點(diǎn)溫度時(shí)，需要用電或其他輔助熱源對(duì)空氣進(jìn)行加熱，熱泵的效率就會(huì)大大降低。此外，在供熱工況下空氣源熱泵的蒸發(fā)器上會(huì)結(jié)霜，需要定期除霜，這也消耗大量的能量。在寒冷地區(qū)和高濕度地區(qū)熱泵蒸發(fā)器的結(jié)霜可成為較大的技術(shù)障礙。在夏季高溫天氣，由于其制冷量隨室外空氣溫度升高而降低，同樣可能導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常工作。對(duì)于以地下水為熱源的水源熱泵系統(tǒng)，由于其運(yùn)行是以抽取消耗大量地下水資源為代價(jià)，因而其應(yīng)用推廣受到限制。1．3地源熱泵原理概述地源熱泵系統(tǒng)是以巖土體、地下水或地表水為低

6、溫?zé)嵩?，由水源熱泵機(jī)組、地?zé)帷芙粨Q系統(tǒng)、建筑物內(nèi)系統(tǒng)組成的供熱空調(diào)系統(tǒng)。根據(jù)地?zé)崮芙粨Q系統(tǒng)形式的不同，地源熱泵系統(tǒng)又分為地埋管地源熱泵系統(tǒng)、地下水地源熱泵系統(tǒng)和地表水地源熱泵系j統(tǒng)，我國對(duì)熱泵系統(tǒng)的術(shù)語尚未形成規(guī)范的用法。例如對(duì)地下水地源熱泵有“地溫空調(diào)"的商業(yè)名；而地下耦合地源熱泵則在一些文獻(xiàn)中稱為“土壤源熱泵"，或直接稱為．：“地源熱泵”。下文中的地源熱泵是指以地下土壤為熱源的地源熱泵系統(tǒng)。地下耦合地源熱泵系統(tǒng)，也稱土壤源熱泵系統(tǒng)，是利用土壤作為熱源或熱匯，它通過循環(huán)液(水或以水為主要成分的防凍液)在封閉地下埋管中的流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與大地之間的傳熱。是由一組

7、埋于地下的高強(qiáng)度塑料管(地埋管換熱器)與熱泵機(jī)組構(gòu)：成，我們稱之為閉式環(huán)路，也稱閉環(huán)地源熱泵(closed—loopwoundSOurCeheatpump)系統(tǒng)以區(qū)別于地下水熱泵系統(tǒng)，或直接稱為“地源熱泵"(以下簡稱地源熱泵)。在夏季，水或防凍劑溶液通過管路進(jìn)行循環(huán)，將室內(nèi)熱量釋放給地下巖土層；冬季循環(huán)介質(zhì)將巖土層的熱量提取出來釋放給室內(nèi)空氣。由于較深的地層在未受干擾的情況下常年保持恒定的溫度，在供暖的冬季，地下2山東建筑大學(xué)碩士學(xué)位論文土壤的溫度比起周圍環(huán)境的空氣溫度要高很多，而在制冷的夏季，地下土壤的溫度比周圍環(huán)境的空氣溫度要低很多。這對(duì)于熱泵來說，恰好是縮

8、小了熱源與熱匯之間的溫度