基于地道風的空氣源熱泵冬季運行特性研究.pdf

1、針對普通空氣源熱泵冬季制熱量衰減，夏天制冷量減少這一難題，同時為了克服傳統(tǒng)地道降溫工程中送風霉味重，室內(nèi)空氣品質(zhì)差等缺點，本課題主要研究了將地下人防工程中的自然能源作為熱泵空調(diào)系統(tǒng)的冷熱源。
　　 地道大多在地下10米左右，由于地面溫度波衰減和延遲的作用，相對于室外溫度而言，冬季空氣溫度高，夏季空氣溫度低。在實際應(yīng)用中，由于基于地道風的空氣源熱泵系統(tǒng)室外換熱條件的改善，熱泵性能系數(shù)COP值可以得到較大提高，這種方法不僅具有明顯的

2、節(jié)能效果，而且也是對我國豐富的地道資源進行開發(fā)利用。從保護大氣環(huán)境、減少二氧化碳排放、可再生能源利用的角度來說，這不僅對我國現(xiàn)階段有巨大的利用價值，對于將來仍具有實際意義。
　　 本課題首先討論了地層土壤的能量來源，對熱物性參數(shù)對土壤溫度的影響進行了分析，并指出了地層土壤溫度波的變化規(guī)律。建立了地層土壤內(nèi)部溫度的計算模型，得出了在地表面溫度為簡諧波變化時，地層土壤內(nèi)部的溫度計算公式。并根據(jù)該計算公式，分析了地層土壤內(nèi)部溫度波的變

3、化特性。地層土壤溫度波相對于地面溫度波的衰減和延遲性為基于地道風的空氣源熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用提供了先決條件。
　　 其次，本文闡述了冬季基于地道風的空氣源熱泵系統(tǒng)中地道內(nèi)空氣與地道壁體傳熱過程的基本原理。根據(jù)空氣與地道壁面?zhèn)鳠徇^程的特點，對室外空氣流經(jīng)地道的非穩(wěn)態(tài)耦合傳熱過程進行了分析，采用整場求解法對室外空氣流經(jīng)地道的耦合傳熱過程建立了統(tǒng)一的數(shù)學模型。借助CFD軟件建立了符合實際幾何形狀和傳熱流動狀況的地道內(nèi)空氣與土壤換熱的三維數(shù)學

4、模型。此外，本文還利用該模型對濟南地區(qū)的某人防工程進行了數(shù)值計算，將實測值與模擬計算結(jié)果進行了對比，驗證了該模型的準確性。
　　 通過對不同工況下的地道風進行數(shù)值模擬，本文對冬季影響空氣與地道壁面之間傳熱過程的各項因素進行了對比分析，發(fā)現(xiàn)地道長度、地道埋深、空氣流速、地道當量直徑、不同進風溫度等均對空氣與地道換熱過程有重要影響。引入了地道加熱效率的概念，探討了地道長度、地道內(nèi)風速、地道埋深以及地道結(jié)構(gòu)尺寸對地道加熱效率的影響程度

5、。在研究的基礎(chǔ)上，給出了系統(tǒng)設(shè)計時，地道各參數(shù)的最佳設(shè)計范圍，可供工程技術(shù)人員參考。
　　 最后，在國家級制冷產(chǎn)品性能檢測室對基于地道風的空氣源熱泵機組進行了冬季性能測試，并與普通空氣源熱泵進行了對比。實驗結(jié)果表明，基于地道風的空氣源熱泵系統(tǒng)在冬季運行時其制熱量、性能系數(shù)與普通空氣源熱泵相比都有顯著的提高，而且室外空氣溫度越低，該系統(tǒng)的增幅就越明顯。尤其在溫度極低的情況下，該系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢更加顯著。此外，本文的研究結(jié)果表明：基于