华中科技大学优秀毕业设计（论文）.pdf

毕业设计[论文]?题目:地源热泵空调系统设计与岩土热物性测试 院 系:环境科学与工程学院专 业:建筑环境与设备工程姓 名: 孟庆丰 学 号:0120040204262008年6月15日‐?1?‐?开题报告一、课题的来源指导老师指定的实际工程。二、课题的目的和意义近年来,利用地源热泵为建筑物进行供热制冷,已经成为国内外建筑高效节能和环保的可持续发展技术之一。地源热泵系统采用的冷热源主要是地表浅层土壤、地下水或地表水。地源热泵系统运行的动力主要是电能,在现有先进技术条件下,采用燃料发电再用于热泵,其一次能源利用率可达到200%以上,也就是说节省了燃料,减少了CO2等气体的排放量,起到环保的效果。地源热泵系统利用可再生的地热能,冬季通过地下换热器收集热能供给室内使用,夏季再将室内热量排入地下,全年循环利用,,实现了可持续发展和节能的目的。欧美等许多国家对地源热泵的研究与应用已有数十年的历史,而目前我国地源热泵的研究与应用还处于发展阶段,其原因一是较高的初投资,二是迄今为止还没有一种可靠的地源热泵设计方法和模拟模型。岩土热物性是地源热泵系统中地埋管换热器设计的基础数据,因此岩土热物性测试理论与方法一直是地源热泵研究的一个重点,以解决埋管换热器与土壤的换热问题。本课题通过对实际工程的现场热物性测试与地源热泵系统设计,为以后地源热泵的发展与应用提供一定的设计实例及岩土热物性数据资料。三、,20世纪30~40年代,英、美等国已进入了热泵的研制开发阶段。第二次世界大战后, 美国许多大公司同时发展了各种热泵, 其中以小型热泵空调器发展最为迅速, 出现了发展热泵的高潮。与此同时, 西欧各国, 如比利时、法国、联邦德国、瑞士等也致力于热泵的研究与开发。早期的地源热泵研究主要集中于岩土的传热性质、地埋管换热器形式、埋管的影响因素等方面。20世纪80年代到90年代初,美国开展了冷热联供地源热泵方面的研究工作,不少文献报道了地源热泵不同形式的地埋管换热器的传热过程计算机模拟计‐?2?‐?算方法。地埋管换热器的设计计算模型据不完全统计约有30种。对于地埋管换热器的设计计算,各国以及一些大学和公司都分别提出了各自的设计计算方法,它们都是基于不同的模型或者计算方法得出的,有代表性的模型主要有以下3种[1]: (1) 1948 年, Kelvin 的线热源模型。该模型是将土壤看成无限大物体, 埋管看成是具有恒定能量的无限长线热源, 计算的误差较大。目前大多数地源热泵设计是用该理论作基础, 如国际地源热泵协会和俄克拉荷马州立大学提出的设计方法都是以Kelvin的线热源理论为基础的。(2) 1983年,BNL修改过的线热源模型。它是将埋管周围的岩土划分为两个区,即严格区和自由区, 在地源热泵运行时, 不同区域之间的热传导引起区域温度的变化。(3) 1986年,,该理论时建立在能量平衡的基础上,由系统能量平衡方程结合热传导方程构成。岩土热物性测试理论与方法一直是地源热泵研究的一个重点。因为岩土热物性是地埋管换热器设计的基础数据。在计算地埋管换热器的传热能力时,必须用到地下数十米甚至更深地层的热物理性质数据。岩土层热物性的地域性强,不同区域、不同土层深度、不同的地质构造,热物性也都不一样。同时与现场安装情况密切相关。目前主要有现场测试与实验室测试两种方法。较为准确的确定底层热物理性质一直是地源热泵研究的热点之一[2]。,而地源热泵的发展则比较缓慢,在国家自然科学基金委员会的资助下,自20世纪90年代初期以来国内开始了对地源热泵的探索性研究。1988年中科院广州能源研究所主办了“热泵在我国应用与发展问题专家研讨会”。20世纪90年代以后,由于受国际大环境的影响以及地源热泵自身所具备的节能和环保优势,这项技术日益受到人们的重视,越来越多的技术人员开始投身于此项研究。1998年重庆建工学院建设了包括浅埋竖管换热器和水平埋管换热器在内的实验装置;刘宪英等人从1999年开始,在国家自然科学基金的资助下对浅埋竖直管换热器的采暖、供热特性进行了研究;1999年同济大学建设了垂直地源热泵装置;张旭等人从1999年开始,在联合技术公司(UTC)的资助下针对长江中下游地区含水率较高的土壤的蓄放热特性进行了土壤-太阳‐?3?‐?能复合热源的研究。此外,清华大学、浙江大学、天津大学、华中科技大学、山东建筑工程学院及中科院广州能源研究所等高校和科研单位也对土壤源热泵进行过研究,并取得了一定的成果[1]。国内对地源热泵的研究主要集中在以下5个方面:地下换热器的传热计算