水平与垂直耦合式地埋管热泵系统应用研究

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1、水平与垂直耦合式地埋管热泵系统应用研究ApplicationofHorizontalandVerticalGroundLoopsCoupledtoGroundSourceHeatPumpSystems工程领域：环境工程（专业）作者姓名：邹继光指导教师：凌继红副教授企业导师：朱元高工天津大学环境科学与工程学院二零一七年十二月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的’研宄成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获

2、得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料一。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名签字曰期：＞丨］年月丨日Ｉ学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库讲杆拾索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）

3、学位论文作者签名：４导师签名：签字曰期：ｚ〇年月曰签字曰期：年ｌ月丨曰ｎ仏｜〉／丨丨７Ｉ摘要针对地源热泵的土壤热不平衡问题，在冷负荷占主导的区域，常规做法是利用冷却塔进行辅助散热，以改善土壤的温度场，这种做法可以从一定程度上改善地源热泵的热不平衡问题。水平埋管埋深较浅，与环境存在较强的热交换，夏季换热效率高于冷却塔。针对此，本文提出了利用水平埋管代替冷却塔解决垂直埋管土壤源热泵的热不平衡问题，并对其在典型地区的适用性进行了分析。本文首先构建了一栋办公建筑，选取了十二个典型城市，并依据《公共建筑节能设

4、计标准》（GB50189-2015）对其热工性能等参数予以调整后，进行了模拟计算，结果显示：沈阳、大连、银川和兰州地区，供热量远大于供冷量，累计冷热负荷比小于0.5，适合加装辅助供热设备的复合式地源热泵系统。累计冷热负荷比在0.5~1之间的承德和太原地区，采用单纯的垂直埋管的热泵系统基本可保证土壤的热平衡。累计冷热负荷比在1~1.5之间的天津和石家庄地区，土壤取排热量差异不大，需要根据土壤物性确定是否需要加装辅助散热设备。天津地区的土壤导热系数大于2.25W/(m·K)时可以不必加装辅助散热设备，石家庄地区的土

5、壤导热系数大于2.4W/(m·K)时可以不必加装辅助散热设备，土壤导热系数低于上述限值时，根据全寿命周期经济性计算，利用水平与垂直耦合式地埋管热泵系统解决土壤的热不平衡问题是可行的。累计冷热负荷比在1.5~2之间的郑州、西安和济南地区，郑州地区现有土壤物性下采用水平与垂直耦合式地埋管热泵系统均适宜；西安地区的土壤导热系数小于1.9W/(m·K)时较为适宜；济南地区的土壤导热系数小于2.1W/(m·K)时较为适宜。累计冷热负荷比在2以上的地区，由于冷热负荷差异过大，相对于冷却塔复合地源热泵系统，在不新增占地的前提

6、下，水平与垂直耦合式地埋管热泵系统无法满足夏季峰值冷负荷需求，因此在该地区不适用。关键词：地源热泵，热平衡，水平埋管，经济性，冷热负荷比IABSTRACTAboutsoilheatimbalancecausedbygroundsourceheatpump,wegenerallyimprovesoiltemperaturefieldbyusingcoolingtowerforauxiliaryheatdissipationwherethecoolingloaddominates,whichishelpfultos

7、omeextent.Thedepthofthehorizontalpipeisrelativelyshallow,moreconvenientforheatexchangewiththeenvironmentaround,whichmakestheheattransferefficiencyhigherthanthatofthecoolingtowerinsummer.Basedonthis,akindofhorizontalburiedpipeinsteadofcoolingtowerisproposedin

8、thisthesistosolvethethermalimbalancecausedbyverticalburiedpipetypegroundsourceheatpump,andalsopresentsananalysisoftheapplicabilityintypicalarea.Inthispaperwebuiltanofficebuilding,selected12typic