【摘 要】
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基于地道风的热泵是将经过地道加热(冷却)的空气作为低位热(冷)源,用于室内供暖或制冷。普通的空气源热泵存在一些问题,诸如冬季室外空气温度低,空气源热泵的性能系数低,并且
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基于地道风的热泵是将经过地道加热(冷却)的空气作为低位热(冷)源,用于室内供暖或制冷。普通的空气源热泵存在一些问题,诸如冬季室外空气温度低,空气源热泵的性能系数低,并且冬季在严寒地区使用普通的空气源热泵,会存在严重的结霜问题等。因此将室外空气经过地道加热后再利用,不仅可以利用我国丰富的防空洞资源,而且可以充分利用地层土壤中的热量。本文研究地道与空气的换热特点,分析不同因素对二者换热的影响,从而提高土壤中能量的利用率,同时减少热泵的结霜问题。本课题是针对沈阳地区的地道风工程,利用软件对地道与空气换热的温度场进行模拟计算,分析温度变化规律,并通过理论研究热泵在最冷月的结霜问题。首先,通过传热学、流体力学、传质学等知识对热物性参数对土壤温度变化的影响进行了分析,并指出了地层土壤温度波的变化规律,确定了地道与空气换热的数学模型,利用软件计算并分析地道长度、地道内风速、埋深和结构尺寸对地道与空气换热的影响。研究发现,出口空气温度随着地道长度的增加而升高,长度大于500m后,地道的出口空气的温度基本不再变化;地道与空气的换热效果随着地道内风速的增大而降低,风速不大于5m/s为宜;随着地道埋深的增大,出口空气温度升高,超过6m后空气的升温效果不明显;地道出口温度随着地道直径的增加而降低,即地道对空气的加热能力降低,地道当量直径不宜小于2m。其次,对与单圆管地道具有当量直径的方管及具有相同截面积的双管地道的通风进行模拟计算,通过分析比较得到结论:方管地道加热空气的效果略好于单圆管地道;双管地道出口空气温度高于单管地道出口空气温度,双管地道随着两管间距的增大,换热效果增强。根据以上地道与空气的换热特点,沈阳地区地道风工程的设计可以采在最佳设计参数范围内取值,提高地道风系统的效率。最后,理论研究基于地道风的热泵系统结霜问题,通过与普通空气源热泵比较,论证了基于地道风的热泵系统在沈阳地区最冷月结霜天数大大减少,对于提高空气源热泵的制热量、性能系数具有重要的意义。
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