村镇地下储能直接冷却技术研究

论文摘要

在目前能源短缺、环保压力逐年增大的背景下,国家提出了建设社会主义新农村的重大历史任务,其中很重要的内容就是改善农民的居住条件。本文根据国家“十一五”新农村建设项目要求,寻求一种节能、环保的建筑用能方法,以提高农村地区居住环境的质量。文中提出了利用户型地源热泵系统解决农村地区采暖空调问题的方法,研制适合农村建筑类型以及农民经济条件的地源热泵系统,分析三种不同类型的地源热泵在农村应用的可行性,经济性以及机组的运行特性;并对双U型垂直埋管换热器周围土壤受其运行影响而产生的温度变化情况进行理论分析;同时对地源热泵系统进行能耗分析和比较。本文还进行了地下井蓄水能力的实验,在回灌水以设定的流量连续灌入实验井的过程中,井水水位可以达到平衡。测试结果证明异井回灌技术应用在单户或几户的地源热泵系统是完全可行的;研究中还对地下井的蓄热能力进行了测试,结果表明向地下井蓄能是完全可行的,因此可利用季节性储能技术来平衡由于冬夏负荷不同而导致的地下温度场变化。本文针对农村地区经济条件及住宅特点设计了地源热泵空调系统,主要改进点有:热泵机组应用新型制冷剂R290,提高了机组的性能系数,根除了氟利昂制冷剂的温室效应和对臭氧层造成的破环。室内负荷部分采用集中式全空气系统,室内末端采用风口形式,经济性、实用性、美观度均得到了提高;另外还提出地下水源热泵系统中多户共用供、回水井的方案,有望彻底解决地源使用过程中的能量失衡问题,并有望极大地降低工程费用。本文还利用FLUENT软件对土壤耦合热泵系统运行期间地下温度场的变化进行了简单的模拟计算,分析了双U型地埋管对地下温度场产生影响的范围及运行期间地下温度场的变化规律。文中采用BIN法对工程涉及的两种建筑进行了全年运行负荷计算,并根据热泵机组的实时能效比对热泵系统进行了全年能耗计算和分析。绘制热泵系统在不同室外温度时的能耗分析图,得出天津地区全年能耗量是以冬季为主,因此实现建筑节能应重点从实现冬季的节能出发。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 天津地区农村采暖空调及可再生能源概况
• 1.3 地源热泵的发展历史
• 1.4 地源热泵的技术概况
• 1.4.1 地源热泵的工作原理
• 1.4.2 地源热泵系统组成型式
• 1.4.3 地源热泵的分类
• 1.4.4 地源热泵的优势
• 1.4.5 地源热泵应用存在的问题
• 1.5 本课题研究内容
• 第二章 地井的蓄水及蓄能实验分析
• 2.1 实验系统与实验内容
• 2.1.1 地井蓄水能力测试
• 2.1.2 地井蓄热能力测试
• 2.2 实验数据处理与误差分析
• 2.2.1 实验数据处理方法
• 2.2.2 实验数据误差分析
• 2.3 实验结果与分析
• 2.3.1 地井蓄水能力
• 2.3.2 地井蓄热能力
• 2.4 本章小结
• 第三章 村镇住户用地源热泵空调系统的设计
• 3.1 住户热负荷及冷负荷的计算
• 3.1.1 房间热负荷的确定
• 3.1.2 房间冷负荷的确定
• 3.2 热泵空调系统的设计
• 3.2.1 冷热源的方案确定及计算
• 3.2.2 热泵主机的设计
• 3.2.3 空调末端系统设计方案
• 3.3 本章小结
• 第四章 热泵机组运行工况测试及分析
• 4.1 测试内容及测试方案
• 4.1.1 测试内容
• 4.1.2 测试方案
• 4.2 数据采集
• 4.3 数据处理方法
• 4.4 本章小结
• 第五章 双U 管地下传热模拟计算
• 5.1 垂直地下埋管换热器传热模型的发展
• 5.1.1 NWWA 模型（Hart 和Couvillion）—线源解析法
• 5.1.2 Kavanaugh 模型—柱源解析法
• 5.1.3 Eskilson模型—线源混合解法
• 5.2 模拟计算过程
• 5.2.1 FLUENT 计算简介
• 5.2.2 网格划分及边界条件设置
• 5.3 模拟计算结果及分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 系统能耗计算及比较
• 6.1 能耗分析方法
• 6.1.1 当量满负荷运行时间法
• 6.1.2 温湿频参数法
• 6.1.3 度日法
• 6.2 温湿频参数法
• 6.3 负荷计算
• 6.3.1 瞬时负荷计算方法
• 6.3.2 负荷计算结果
• 6.4 系统能耗计算
• 6.5 本章小结
• 第七章 结论与建议
• 7.1 结论
• 7.2 建议
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢