【摘 要】
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地源热泵技术是以浅层地热能为冷热源对建筑进行供热制冷的新型能源利用方式，是建筑节能中最重要的技术手段之一，土壤源热泵技术是它的一个重要组成部分，土壤源热泵系统形式应用
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地源热泵技术是以浅层地热能为冷热源对建筑进行供热制冷的新型能源利用方式，是建筑节能中最重要的技术手段之一，土壤源热泵技术是它的一个重要组成部分，土壤源热泵系统形式应用在近几年有更进一步的上升。地源换热器是土壤源热泵系统中用于建筑物和大地之间进行热交换的关键设备，其性能与岩土当地热物性高度相关，并决定了土壤源热泵系统的成败。本文以U形地源换热器为研究对象，从其传热过程、传热模型、土壤参数测量方法、热物性测试方法等几个方面，对地源换热器进行较为系统的理论和实验研究。以工程应用为目标，对地源换热器设计中涉及的传热理论和测试技术作了有益的探索。本文的主要研究工作包括： 1.在总结前人关于地源热泵技术的发展过程、应用现状和最新动向的基础上，详细分析了地源换热器的设计及热物性测试实验所存在的不足及关键技术问题。 2.针对地源换热器的传热过程，以钻孔壁为界，将换热器的传热区域划分为钻孔内和钻孔外两部分，采用准三维传热模型确定了钻孔热阻和U形管进出口温度的计算方法。 3.针对换热器在钻孔外土壤中的非稳态传热过程，在对换热器周围土壤的热特性和热湿迁移机理进行分析的基础上，根据能量守恒和质量守恒定理，建立了钻孔外的有限长圆柱面热湿耦合传递模型，并进行了土壤分层热湿传递的数值模拟与分析。 4.针对现有地热钻孔周围土壤参数测量方法，设计了一种基于USB接口和DS2480B的单总线温度监测系统，实现了钻孔内深层多层土壤温度的实时监测，并完成了一种基于单片机的土壤湿度实时测控系统的整体设计。 5.在对地源换热器传热模型理论和钻孔外土壤各参数测量方法的研究基础上，完成了基于U形管的实验平台的搭建，分别进行了有效热物性和分层热物性的实验研究，对实测结果与模拟计算结果进行对比分析，验证了模型和计算方法的准确性。
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