地埋管地源熱泵理論與應(yīng)用

第1章緒論  1
1.1熱泵與“雙碳”目標(biāo)  1
1.1.1“雙碳”目標(biāo)  1
1.1.2建筑能耗與碳排放  2
1.1.3熱泵的節(jié)能減排效益  2
1.2熱泵概述  3
1.2.1熱泵的定義  3
1.2.2熱泵的性能評(píng)價(jià)  4
1.3熱泵的種類(lèi)  6
1.3.1空氣源熱泵  6
1.3.2水源熱泵  8
1.3.3地源熱泵  9
1.3.4太陽(yáng)能熱泵  10
1.3.5復(fù)合源熱泵  10
1.4地源熱泵的形式與結(jié)構(gòu)  12
1.4.1地埋管地源熱泵  12
1.4.2地下水源熱泵  16
1.4.3地表水源熱泵  17
1.5地埋管地源熱泵的發(fā)展現(xiàn)狀  18
1.5.1國(guó)外  18
1.5.2國(guó)內(nèi)  20
1.6地埋管地源熱泵應(yīng)用存在的問(wèn)題  23
第2章地埋管換熱器傳熱特性  25
2.1地埋管換熱器傳熱分析概述  25
2.2地埋管換熱器傳熱模型  26
2.2.1豎直U形地埋管換熱器  26
2.2.2豎直套管式地埋管換熱器  38
2.2.3水平地埋管換熱器  42
2.3地埋管換熱器傳熱特性的影響因素  43
2.3.1回填材料的導(dǎo)熱性能  43
2.3.2管材導(dǎo)熱性能  43
2.3.3U形地埋管兩支管中心間距  44
2.3.4地埋管換熱器形式  44
2.3.5地埋管換熱器埋設(shè)深度  44
2.3.6地埋管內(nèi)流體的流速  45
2.3.7進(jìn)口水溫  46
2.4地埋管換熱器傳熱特性強(qiáng)化  46
2.4.1傳熱強(qiáng)化措施  46
2.4.2傳熱強(qiáng)化與控制模式試驗(yàn)  47
2.5不同因素對(duì)地埋管換熱器傳熱特性的影響  52
2.5.1回填材料導(dǎo)熱性  52
2.5.2管腳間距  53
2.5.3管材導(dǎo)熱性  54
2.5.4管內(nèi)循環(huán)流體流量與鉆孔深度  54
2.6非連續(xù)運(yùn)行對(duì)地埋管換熱器傳熱特性的影響  55
2.6.1單工況間歇運(yùn)行  55
2.6.2雙工況交替運(yùn)行  57
2.6.3土壤類(lèi)型的影響  58
2.6.4小結(jié)  59
第3章地埋管換熱器周?chē)寥纼鼋Y(jié)特性  60
3.1考慮土壤凍結(jié)的必要性  60
3.2土壤凍結(jié)相變傳熱模型  61
3.2.1一維模型  61
3.2.2二維模型  64
3.3土壤凍結(jié)對(duì)地埋管周?chē)寥罍囟确植嫉挠绊? 68
3.3.1短期運(yùn)行影響  68
3.3.2長(zhǎng)期運(yùn)行影響  69
3.4不同因素對(duì)土壤凍結(jié)特性的影響  71
3.4.1土壤初始溫度  71
3.4.2土壤含水率  72
3.4.3土壤類(lèi)型  72
3.4.4土壤導(dǎo)溫系數(shù)  74
3.4.5斯蒂芬數(shù)  75
3.5小結(jié)  76
第4章水平螺旋型地埋管換熱器  77
4.1水平螺旋型地埋管換熱器的形式  77
4.2水平螺旋型地埋管換熱器傳熱特性的影響因素  78
4.2.1結(jié)構(gòu)與物性參數(shù)  78
4.2.2運(yùn)行參數(shù)  80
4.2.3環(huán)境因素  81
4.3水平螺旋型地埋管換熱器傳熱特性的數(shù)值模擬  81
4.3.1物理模型  81
4.3.2數(shù)學(xué)模型  82
4.3.3網(wǎng)格劃分  84
4.3.4計(jì)算結(jié)果及分析  85
4.4水平螺旋型地埋管換熱器傳熱特性的試驗(yàn)研究  91
4.4.1試驗(yàn)系統(tǒng)  91
4.4.2試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理  92
4.4.3試驗(yàn)結(jié)果分析  94
第5章相變回填地埋管換熱器  103
5.1相變回填地埋管換熱器提出的背景  103
5.2相變材料的選擇  105
5.3相變回填地埋管換熱器蓄能傳熱特性的數(shù)值模擬  105
5.3.1理論模型  105
5.3.2數(shù)值模型  107
5.3.3模擬結(jié)果及分析  107
5.4相變回填地埋管換熱器蓄能傳熱特性的試驗(yàn)研究  125
5.4.1試驗(yàn)系統(tǒng)  125
5.4.2試驗(yàn)工況  126
5.4.3試驗(yàn)結(jié)果及分析  127
5.5相變回填地埋管換熱器應(yīng)用中有待解決的問(wèn)題  138
第6章能量樁換熱及熱-力耦合特性  139
6.1概述  139
6.2能量樁的性能評(píng)價(jià)  140
6.2.1換熱性能  140
6.2.2力學(xué)特性  141
6.3螺旋型地埋管能量樁  143
6.3.1螺旋型地埋管能量樁換熱性能的數(shù)值模擬  143
6.3.2螺旋型地埋管能量樁換熱性能的試驗(yàn)研究  150
6.3.3螺旋型地埋管能量樁研究結(jié)論  157
6.4相變混凝土能量樁  158
6.4.1相變混凝土能量樁的提出  158
6.4.2相變混凝土能量樁熱-力耦合特性的數(shù)值模擬  158
6.4.3相變混凝土能量樁熱-力耦合特性的實(shí)驗(yàn)研究  171
6.4.4相變混凝土能量樁研究結(jié)論  178
6.5滲流作用下能量樁  179
6.5.1滲流作用下能量樁熱-力耦合特性的數(shù)值模擬  179
6.5.2滲流作用下能量樁熱-力耦合特性的實(shí)驗(yàn)研究  194
6.5.3滲流下能量樁研究結(jié)論  207
6.6土壤分層對(duì)能量樁熱力學(xué)特性的影響  208
第7章冷卻塔-地源熱泵復(fù)合系統(tǒng)  210
7.1冷卻塔-地埋管地源熱泵復(fù)合系統(tǒng)形式  210
7.1.1輔助冷卻地源熱泵復(fù)合系統(tǒng)工作原理  210
7.1.2冷卻塔-地源熱泵復(fù)合系統(tǒng)形式  211
7.2冷卻塔-地源熱泵復(fù)合系統(tǒng)設(shè)計(jì)  212
7.2.1設(shè)計(jì)內(nèi)容  212
7.2.2控制策略  212
7.2.3設(shè)計(jì)方法  214
7.3冷卻塔開(kāi)啟控制策略研究  216
7.3.1建筑模型  216
7.3.2仿真模型及條件  217
7.3.3計(jì)算結(jié)果與討論  219
7.4冷卻塔-地源熱泵復(fù)合系統(tǒng)土壤溫度恢復(fù)特性實(shí)驗(yàn)  223
7.4.1實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)簡(jiǎn)介  223
7.4.2冷卻塔輔助散熱運(yùn)行模式  225
7.4.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析  226
7.4.4不同散熱模式的比較  231
7.5冷卻塔-地源熱泵復(fù)合系統(tǒng)應(yīng)用中的關(guān)鍵問(wèn)題  231
第8章太陽(yáng)能-地源熱泵復(fù)合系統(tǒng)  233
8.1太陽(yáng)能-地源熱泵復(fù)合系統(tǒng)簡(jiǎn)介  233
8.1.1復(fù)合系統(tǒng)構(gòu)成與工作原理  233
8.1.2復(fù)合系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)  234
8.2太陽(yáng)能-地源熱泵復(fù)合系統(tǒng)運(yùn)行模式  235
8.2.1聯(lián)合運(yùn)行模式  236
8.2.2交替運(yùn)行模式  238
8.2.3太陽(yáng)能-地埋管土壤蓄熱模式  239
8.3太陽(yáng)能-地源熱泵復(fù)合系統(tǒng)運(yùn)行特性的數(shù)值模擬  240
8.3.1聯(lián)合供暖運(yùn)行特性  240
8.3.2交替供暖運(yùn)行特性  248
8.4太陽(yáng)能-地源熱泵復(fù)合系統(tǒng)運(yùn)行特性實(shí)驗(yàn)  255
8.4.1實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)介紹  255
8.4.2實(shí)驗(yàn)運(yùn)行模式  258
8.4.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析  261
8.5太陽(yáng)能-地源熱泵復(fù)合系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化分析  269
8.5.1模擬建筑  269
8.5.2計(jì)算模型  269
8.5.3仿真結(jié)果分析  271
8.6太陽(yáng)能-地源熱泵復(fù)合系統(tǒng)應(yīng)用中的關(guān)鍵  273
第9章地埋管地源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與施工  275
9.1現(xiàn)場(chǎng)勘查  275
9.1.1現(xiàn)場(chǎng)資源條件勘探  275
9.1.2巖土熱響應(yīng)測(cè)試  277
9.2地埋管地源熱泵適宜性評(píng)價(jià)  286
9.2.1適宜性評(píng)價(jià)的必要性  286
9.2.2適宜性分區(qū)  287
9.2.3適宜性評(píng)價(jià)體系  288
9.3地埋管換熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)  291
9.3.1地埋管管材與規(guī)格  291
9.3.2地埋管連接形式  293
9.3.3地埋管換熱器長(zhǎng)度設(shè)計(jì)  295
9.3.4土壤熱平衡校核計(jì)算  302
9.3.5水力計(jì)算  303
9.4地埋管換熱系統(tǒng)施工  306
9.4.1施工前的準(zhǔn)備  306
9.4.2豎直地埋管施工  308
9.4.3水平地埋管施工  318
9.4.4管道的連接  321
9.5地埋管換熱系統(tǒng)的檢驗(yàn)與驗(yàn)收  322
9.5.1水壓試驗(yàn)  322
9.5.2系統(tǒng)驗(yàn)收  323
第10章地埋管地源熱泵系統(tǒng)應(yīng)用案例  325
10.1某住宅小區(qū)地埋管地源熱泵系統(tǒng)  325
10.1.1小區(qū)概況  325
10.1.2設(shè)計(jì)依據(jù)  326
10.1.3負(fù)荷計(jì)算及冷熱源配置  326
10.1.4系統(tǒng)運(yùn)行控制  328
10.1.5地埋管換熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)  330
10.2某建設(shè)大廈地埋管地源熱泵工程  332
10.2.1工程概況  332
10.2.2設(shè)計(jì)依據(jù)  332
10.2.3巖土熱響應(yīng)測(cè)試  333
10.2.4熱泵機(jī)組選型與冷熱源方案  334
10.2.5地埋管換熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)  334
10.3某綜合商品城冷卻塔-地埋管地源熱泵復(fù)合系統(tǒng)  338
10.3.1工程概況  338
10.3.2設(shè)計(jì)依據(jù)  338
10.3.3空調(diào)冷熱負(fù)荷及冷熱源方案  338
10.3.4地埋管換熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)與布置  340
10.4某職業(yè)技術(shù)學(xué)院地埋管地源熱泵工程  343
10.4.1工程概況  343
10.4.2設(shè)計(jì)依據(jù)  343
10.4.3巖土熱響應(yīng)測(cè)試  344
10.4.4冷熱負(fù)荷計(jì)算及冷熱源方案  345
10.4.5地埋管換熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)與布置  348
10.5某康養(yǎng)中心復(fù)合地源熱泵系統(tǒng)  349
10.5.1工程概況  349
10.5.2設(shè)計(jì)資料  350
10.5.3冷熱源方案及設(shè)備選型  350
10.5.4地埋管換熱器設(shè)計(jì)與布置  353
參考文獻(xiàn)  355