【优秀硕士博士论文】地埋管地源热泵水热耦合模拟与浅层地温能适宜性评价稿4

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1、分类号：密级：UDC：中国地质大学博士学位论文地埋管地源热泵水热耦合模拟与浅层地温能适宜性评价学号：博士生：学科专业：水文与水资源工程指导教师：教授所在学院：环境学院二○一五年三月学校代码：10491研究生学号：（三宋）中国地质大学博士学位论文地埋管地源热泵水热耦合模拟与浅层地温能适宜性评价博士生：邓鼎兴学科专业：水文与水资源工程指导教师：万军伟教授二○一五年三月ADissertationSubmittedtoChinaUniversityofGeosciencesfortheDoctorDegreeofHydr

2、ologyandWaterResourcesEngineeringHeatTransferModellingoftheBoreholeExchangerundertheGroundwaterFlowandShallowGeothermalEnergySuitabilityEvaluationPh.D.Candidate：DengDingxingMajor：HydrologyandWaterResourcesEngineeringSupervisor：WanJunweiChinaUniversityofGeosci

3、encesWuhan430074P.R.China中国地质大学（武汉）研究生学位论文原创性声明本人郑重声明：本人所呈交的博士学位论文《地埋管地源热泵水热耦合模拟与浅层地温能适宜性评价》，是本人在导师的指导下，在中国地质大学（武汉）攻读博士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果，对论文的完成提供过帮助的有关人员已在文中说明并致以谢意。本人所呈交的博士学位论文没有违反学术道德和学术规范，没有侵权行为，并愿意承担由此而产生的法律责任和法律后果。学位论文作者签名：日期

4、：年月日中国地质大学（武汉）学位论文使用授权书本人授权中国地质大学（武汉）可采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存本学位论文；学校可向国家有关部门或机构送交本学位论文的电子版全文，编入有关数据库进行检索、下载及文献传递服务；同意在校园网内提供全文浏览和下载服务。涉密论文解密后适用于本授权书。学位论文作者签名：日期：年月日作者简介地埋管地源热泵水热耦合模拟与浅层地温能适宜性评价博士生：邓鼎兴指导教师：万军伟摘要浅层地温能作为一种清洁能源，因为它的高效、无污染性，越来越多地被应用于城市居民的供暖与制冷当中。浅层地温

5、能资源赋存于地表以下200m深的范围以内，具有分布广、储量大的特点，现今的开发利用状况与它庞大的资源储量相比还有很大的开发空间。现今制约地埋管地源热泵技术发展的因素有很多，其中最主要的原因是由于对地埋管换热器与岩土体间的热量传递认识不全面，导致在前期盲目地设计，以至于换热器换热性能发生大幅下滑，给地埋管地源热泵的技术推广带来很大阻碍。因此，本文主要针对有、无渗流条件下地埋管地源热泵换热特性展开分析，就地埋管换热器与周围岩土体之间的换热过程进行更深层次的探究，并从区域尺度和场地尺度对浅层地温能的开发利用进行适宜性评

6、价。通过前期理论分析和福州地区实地的原位试验，利用数值模拟软件建立了无渗流和存在地下水渗流两种机制下地埋管换热器换热过程的数值模型。通过引入换热器换热能效系数、有效换热持续时间及单位深度换热量三个参数，对地埋管换热器的换热特性及换热能力进行量化分析。分析了有渗流和无渗流作用岩土体中换热器换热性能的差异，并讨论了不同地埋管结构、岩土体性质以及冬夏不同热负荷特性条件下群管换热器换热性能的变化。针对多层型岩土体展开讨论，研究其单层岩土体中存在渗流流动时换热器换热特性的差异，并就热弥散作用对换热的影响展开初步探究。利用层

7、次分析法对浅层地温能进行进行区域尺度的评价；采用数值模拟的方法针对实际工况对浅层地温能进行场地尺度的评价，主要得到以下结论：1.在无渗流条件下，热量以圆形辐射状向外部进行传输，容易产生热量的堆积，换热器在运行10年后仍未达到局部热平衡；在有渗流流动（1×10-6m/s）的条件下，热量在地下水上游的传输受到抑制，在水流下游的传输得到促进。渗流作用能有效减弱热量堆积的不利影响，且换热器在运行的第100天就能达到局部换热平衡状态。同时，渗流流动能提高地埋管换热器的换热能力，在连续运行的第10年，同比无渗流工况，换热器单

8、位深度换热量增加了约68%（0~60m均存在渗流流动）。2.在有无渗流两种条件下，岩土体初始温度的改变都不影响换热器换热能效系数的变化特征；但对于制冷工况，初始温度越低，地埋管换热器进出口温差会越高，有效换热持续时间也会越长。因此，对于有制冷需求大于制热需求的区域，岩土体温度越低越有利于地埋管换热器长期高效地运行。3.地埋管换热器长度的增加能提高换热器换热能效特性及有效换