竖直与水平混合地埋管热泵供暖系统地下传热分析与应用.pdf

山东建筑大学硕士学位论文 摘 要 传统的竖直地埋管地源热泵系统在供暖为主制冷为辅的北方地区运行中，存在着 埋管侧取热量大于蓄热量的问题，长期运行会导致深层土壤温度逐年下降，严重影响 系统的稳定性和运行效率。这一问题制约着地源热泵技术在北方村镇建筑中的应用。 针对这一问题，本文提出竖直与水平混合地埋管地源热泵系统，对该系统进行地下传 热分析与应用研究，以解决地下冷热负荷失衡问题，拓展地源热泵系统在北方村镇的 应用范围。 以TRNSYS 瞬时系统模拟软件为平台，建立了济南某村镇居住建筑混合地埋管地 源热泵系统模型。分析结果表明：综合考虑过渡季节热量回灌、冬季供热能力、经济 性这三方面等因素，济南地区混合地埋管系统中，水平地埋管埋深宜为1.1m 左右。模 6 拟分析了 种不同埋管深度对水平地埋管换热器的影响。计算结果显示：春秋过渡季 节随埋深的增加水平地埋管回灌的热量与系统COPHG 不断下降；冬季随埋深的增加水 平地埋管的换热能力不断增强。在研究条件下，当埋深超过 1.1m 后水平地埋管换热能 力的增长幅度变缓；水平地埋管的工程造价成本随埋深增加也在不断提高，当埋深超 过1.2m 时，成本增幅加大。 利用建立的系统模型，模拟分析了竖直地埋管夏季直供所回补的热量以及竖直与 水平混合地埋管不同配比的影响。结果表明：竖直地埋管夏季直接供冷回补的热量占 60% M 所需总热量的 左右，需要水平地埋管进行热量回补；水平与竖直地埋管配比 （ ） 45% M 约为 。计算结果显示：随着水平地埋管比例 增大，过渡季回补的热量与系统 COP M 45% 值随着增加，当 为 左右时，地埋管系统基本达到热量的基本平衡，继续增 M COP 大 时， 值增加效果并不明显，而初投资增幅加大。 M 在建筑负荷模拟基础上，基于研究确定的水平地埋管埋深、配比 等系统参数， 模拟分析了回补热量与系统COP。结果表明：竖直与水平混合地埋管地源热泵系统， 回补的热量占比增大，地下冷热量趋于平衡。系统的能效比明显提高。计算结果显示： 过渡季与夏季向地下回补的热量占所需总热量的90%左右，年土壤平均温度降幅约为 0.6%，地下冷热负荷不平衡率约为2.9%；春季末期、夏季、秋季初期系统COP 平均 5.8 12.2 8.5 COP 7.1 值分别为 、 、 ，综合全年系统平均 约为 。 研究结果表明：混合地埋管热泵系统补热效果良好、节能效果显著。与太阳能集 10 热器补热方式比较，二者在技术上均可行，但经济上前者明显占优。以 年使用周期 I 山东建筑大学硕士学位论文 3.5 模拟计算，太阳能集热器补热的费用年值是水平地埋管补热的 倍，竖直与水平混合 地埋管地源热泵系统在经济技术上优势明显。该研究成果将有力推进地埋管地源热泵 在北方村镇居住建筑中的应用。 关键词：竖直与水平混合地埋管地源热泵系统，地下冷热负荷失衡，埋深，配比， 热量回补 II 山东建筑大学硕士学位论文 ABSTRACT Th