土壤源热泵间歇运行模式下的土壤温度恢复性能分析

发布时间：2020-04-05 06:44

【摘要】：土壤源热泵的间歇运行是提高热泵运行效率的有效方式,土壤性质以及间歇运行模式对间歇过程土壤温度恢复起到主要作用,由于土壤传热是在温度场和湿度耦合下的热湿传递过程,所以土壤含水率会影响土壤的热湿特性,进而影响土壤传热及温度恢复。为研究运行模式与土壤含湿状态对间歇运行的影响,搭建小型土箱实验台,实验以恒温热源提供稳定水流通过埋管与土壤换热,运行周期均为24h,在初始含水率15%的土壤中进行了不同启停比运行实验(1:2、5:7、1:1、2:1),并且进行了每运行4h间歇4h的间歇启停模式与连续运行12h后连续恢复12h模式的对比实验,分别在1:1启停比模式下和连续运行模式下对初始含湿状态为15%、25%和入渗状态的土壤进行实验。实验得到土壤连续运行温升变化规律,证明增加土壤含水率和入渗状态均有利于土壤与埋管间换热,获得不同启停比运行模式下土壤温度恢复率和土壤高效温升、高效温度恢复时间,启停比越小土壤温度恢复效果越好,实验表明间歇启停有利于土壤保持较高的温升和温度恢复能力,并且土壤含水率的增加和入渗状态有利于土壤温度恢复,入渗状态下土壤温度恢复性能最佳。土壤热源处含水率降低会导致热源与土壤间换热效果变差,为研究热源处增湿对土壤传热和温度恢复的影响,搭建一维土柱实验台,运行周期均为24h,采取1:1启停模式,针对低含水率土壤,分别进行加热初始时刻增湿实验和恢复初始时刻增湿实验(增湿量均为50ml、100ml和150ml)。加热初始时刻增湿后,土壤温升和温度恢复速率随增湿量增加而增加,实验得到增湿50ml时土壤温度恢复率最高。恢复初始时刻增湿后,土壤温度恢复程度随增湿量增加无明显差异,对于初始含水率很低的土壤,少量增湿即可以达到增强土壤温度恢复的目的。与恢复初始时刻增湿相比,加热初始时刻增湿后土壤热恢复性能更强。
【图文】：

能源机构,年均增长率

水、土地、能源是人类生存最重要的资源，人类文明的发展有赖于对能发利用，对能源的开发方式及开发程度长久以来决定着环境的变化。近些年不可再生能源的过度消耗，已经引发了一系列不可忽视的环境及能源问题能源紧缺、环境破环，而世界经济发展势头强劲，对能源的需求日增渐长。，能源需求增长率持续扩大，高于过去十年的平均值[1]，在紧张的能源形势危机下，加强管理对石油、煤炭等化石燃料的使用，控制碳排放，加大对再生能源的推广应用势在必行。美国、中国、印度、欧盟等都已制定了可再生能源利用计划，进行了能[2]。可再生能源在能源中消费占比将不断增加，各大权威能源机构均预测在几年内，可再生能源的年均增长率将远大于其他能源（图 1. 1[3]）。中国是最大的能源消耗国与产出国，，自 2010 以来已成为世界上最大的温室气体排，资源消耗过分依赖煤炭，占全部能源消费占比的百分之六十[5]，与其他国，我国能源需求量巨大，而能源利用结构不合理，此外，环境污染问题严气污染近几年成为国人关注的焦点，为了人民生命健康安全及国家经济发要大力加强发展太阳能、地热能、风能等可再生能源及天然气等清洁能源。

系统分类,地热能

筑优化建筑构造，能最大限度实现对能源的合理利用，提高能源利用源循环使用，有利于推进建筑节能的进程[7]。再生能源消费占比的提高及建筑节能的发展为地热能开发应用提供了地热能是一种实用的、具有竞争力的清洁能源，具有环保、低污染的特存储特征可以分为浅层地热能、水热型地热能和干热岩等[8]，浅层地热辐射和地球内部热量传递，以低温热能的形式储存在距离地表几百米与地下水中。中国是最早利用地热能源的国家之一[9]，主要由于国土面热资源较为丰富，其中华南、华中地区的浅层地热可利用温差最大，地热能的开发所受限制较小，在我国多种气候区均可利用（如寒冷地暖地区、夏热冬冷地区）。浅层地热能的利用主要应用于热泵技术，近地源热泵的应用率每年以稳定的速率增长，已经覆盖全国范围[10]。目源热泵技术的成熟，中国已成为热泵装机量最大的国家，也是全球最能国家[11]。地源热泵系统根据利用的地热能差别主要分为土壤源热泵，具体分类如图 1. 2，土壤源热泵受空间和地理条件的限制小，单位效有可观的节能效果。
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU83

【参考文献】