导　　师： 付祥钊

授予学位： 博士

作　　者： ;

机构地区： 重庆大学

摘　　要： 我国建筑能耗在社会总能耗的比例在逐渐提高，国家在“十五”和“十一五”的发展纲要中，把建筑节能放在了一个很重要的位置上。建筑节能的重点是提高暖通空调的能源利用效率。 地源热泵系统利用大地作为低位冷热源为室内提供冷热量。从调查看，如果地源热泵的设计或运行管理不完善，会导致地下换热器的性能严重下降，系统的能耗增高，甚至系统完全瘫痪，无法使用。这势必给新技术的推广系统带来巨大阻碍。 本文从负荷分析着手，着重分析了不同地区、不同建筑的负荷分布特性和规律，总结了这些建筑的日变化负荷特性、各种天气过程中的负荷变化特性、以及季节变化特性，找到了影响地源热泵性能的负荷特征和特征参数。这些特征参数直接决定了不同类型建筑的地源热泵的用冷、用热总量。冷热总量的分布特性也决定了在有限的地下埋管空间内，换热器否能长期保持良好的换热状态，同时也决定了地源热泵系统能否保持多年可持续运行。 地下换热器的动作直接来自水源热泵机组的运行状态，而水源热泵运行状态的改变由室内负荷的变化来控制。因此，负荷特征同时也决定了地下换热器的换热性能。在本文中，首先对影响换热器换热性能的各种参数进行了分析，根据这些影响参数结合负荷分布特点分析了地下换热器在日动态负荷影响下对换热器周围地温的影响；分析了各种天气过程的负荷变化影响下对地下换热器换热性能的影响，这些影响决定了地下换热器短时间内运行的可靠性和安全性，同时利用层换热理论对冬夏季节两种冷热负荷状态下，地下换热器所能承担的最大释冷量和最大释热量的影响特征作了阐述。提出了在动态负荷条件下换热器的三区换热理论，利用该换热理论对地下换热器的换热机理进行了分析，得到了评价换热器换热性能的评价指标。找到了在上述状态下地源热泵地下换热器周围土壤温度的分布规律和温度水平，在这些状态下土壤温度的分布直接影响到了地源热泵系统提取低位能源的能力。 由于地下换热器换热能力的动态变化，反过来又影响了水源热泵机组的运行条件。因此，本文对地源热泵的主要运行设备-水源热泵的动态特性进行了研究，找到了水源热泵是否高效运行的关键是地下换热器换热能力和室内负荷的匹配，这两者匹配不当，地源热泵系统就不能正常运行。论文根据神经元网络分析方法拟合了水源热泵机组运行特性曲线，找到了源水侧流量温度和负荷侧流量温度对水源热泵机组的影响规律，得到了耦合公式。地源热泵的运行能效直接由水源热泵的运行能效反应。 根据上述成果，本文以示范工程为例对地源热泵系统进行了全年仿真动态分析，首先对工程进行了负荷分析，根据其负荷特征得到了该工程对应的冷热负荷分配总量，根据热泵的运行规律，利用SOLIDWORKS软件建立了管群模型，通过CFD的耦合计算得到了地下换热器的运行特征和运行参数，由此预测了全年埋管区域内的大地地温分布规律及冷热量品质，得到了换热器的换热能力的年变化规律，并进一步模拟系统生命周期内地温的分布特点和系统的整体性能。 最后，论文提出了一个地源热泵系统评价分析体系的建立，该评价体系主要由一个动态的分析软件软件组成，其主要思路来自本论文的仿真计算过程。将某一建筑进行负荷分析，得到负荷的冷热分布规律，针对设备选型和地下环路的布置方案，建立其计算模型，通过耦合求解得到地源热泵的运行效率和地温的分布情况，从而对地源热泵的设计系统进行短期和长期的分析评价。

关 键 词： 地源热泵 动态负荷 层换热 耦合 仿真 建筑节能

分 类 号： [TU832.27 TU111.48]

领　　域： [建筑科学] [建筑科学]