地下蓄能过程温度场变化分析研究.doc

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1、地下蓄能过程温度场变化分析研究摘要：在东北寒冷地区，土壤式地源热泵却存在明显的瓶颈制约问题。由于冷、热负荷在这些地区存在明显的差异，导致地源温度逐年降低，影响长期运行效能。在炎热的南方地区，也会出现严重的冷热负荷失衡的反向问题。因此，蓄热和蓄冷的蓄能问题将成为重要的技术关键，减小失衡对地源的影响。地下蓄能是一个复杂多变的时变过程，本文着重论述地下蓄能过程中土壤温度场在不同的条件下的分布，研究了蓄能传热机理和规律，以及控制策略，推动地下蓄能技术及土壤源热泵的发展。关键词：地下蓄能温度场地源热泵Abstract:Thermalenergysto

2、ragecombinedwithgroundsourceheatpumpsisthemostimportantpartofsustainableenergysourcesanditshouldbeastrongpointofenergysourceinthefuture.Thetechnologyofthermalenergystorageisoneofshortcutsthatmaketheenergyreproducibleandefficient・Thegeneralhigherefficiencyandmorereal-timeen

3、ergysupplyceinbeaccomplishedbyshort-term(temporary)orlong-termenergystorage.Undergroundthermalenergystorageisacomp!icatedprocessthatincludesenergyabsorbing,accumulation,storageandexport.Thegroundtemperaturedistributionsinthedifferentcasesofthermalenergystoragewerediscussed

4、,andtheperformanceandstrategyofUTESwerestudied.Thesemeaningfulresultsareindispensableforfaci1itatingthedevelopmentofthegroundsourceheatpumps.Keywords：UndergroundThermalEnergyStorage(UTES),TemperatureDistribution,GroundSourceHeatPump(GSHP)o前言近些年，以岩土为基础的地源热泵(或称土壤源热泵)在H际上供热供冷

5、工程屮都得到了极大重视和发展。它节能环保和可再生能量资源综合利用的特征，使其己经成为传统采暖和空调的行利竞争方式。在欧美国家已经进入产业化发展阶段，以每年近10%-20%的速度递增。但是，在东北寒冷地区，土壤式地源热泵却存在明显的瓶颈制约问题。由于冷、热负荷在这些地区存在明显的差异，导致地源温度逐年降低，影响长期运行效能。同时，在炎热的南方地区，也会出现严'重的冷热负荷失衡的问题。因此，蓄热和蓄冷的蓄能问题将成为重要的技术关键，减小失衡对地源的影响。对于冷热负荷基木处于平衡的地球上许多地区，地球确实是一个良好的能量“源”和能量“库”,利川地

6、源热泵以年为周期实现能最循环平衡的冷、热交替变化，在利川地下土壤冬暖夏凉为理想的热泵热源特点基础上，一方面实现供热或供冷，另一方面将伴随冷童或热量交替蓄存到地下，为能源实现可再生化利用提供可能。一般夏蓄热，冬冋采；冬蓄冷，夏冋取，可将地下分别作为冬季热源和夏季冷源。尽管地下庞大，但由于岩土的导热能力限制，使地下无法具备单一“源”的特征，必须利用它巨大体积而形成“库”的概念。“源”和“库”双重特征结合，才为地源热泵开辟更广泛的前景。近年来，地源热泵(GSHP)在世界许多地区得到了开发和应用，1998年美国暖通空调T程师协会的技术成就奖就授予了

7、地源热泵的开发研究和推广应用项目。地源热泵将地下与环境用能联系到一起,成为地能开发利用的纽带。地下土壤蓄能技术在一些国家得到迅速的发展。在欧洲有很多示范工程得到良好的应用成果，带动了基础研究和科技进步。例如，瑞典在EmmabodaT.业园区实施地下蓄能，每年冬季供热最补充约15()0MWh,夏季提供冷量约SOOMWh,由此显著降低该地区的CO2.NOx、SOx及CFC排放量⑴；在Anneberg地区的商业住宅建筑屮利用太阳能地下蓄能，开凿了100个竖孔置入U型换热器，吸收2400m2太阳能集热器的热量，部分采用热电联合用能循环，部分采用热泵

8、系统循环，可以弥补每年70%-80%的供热量。该研究将地下蓄能体选择在岩体上，对地下岩体蓄热应用进行了尝试［役国际上，对地下蓄能已经做了一些应用研究，并有很多报道。但是，严格开展