【摘 要】
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建筑部门的能源消耗在社会总能耗中占有很大比重,因此,在“3060双碳”战略目标下,降低建筑部门的能源消耗尤为重要。为降低建筑部门能耗,早日实现建筑部门碳达峰和碳中和的目标,需加快推进可再生能源在建筑部门中的应用。其中,地热能资源丰富,具有分布广、储量大和稳定可靠等特点,在建筑部门得到了广泛应用。在建筑部门地热能开发利用过程中,相比于传统浅层地源热泵系统,中深层地热地埋管供热系统作为一种新型供暖技术
【基金项目】
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黑龙江省自然科学基金优秀青年项目(YQ2019E024);
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建筑部门的能源消耗在社会总能耗中占有很大比重,因此,在“3060双碳”战略目标下,降低建筑部门的能源消耗尤为重要。为降低建筑部门能耗,早日实现建筑部门碳达峰和碳中和的目标,需加快推进可再生能源在建筑部门中的应用。其中,地热能资源丰富,具有分布广、储量大和稳定可靠等特点,在建筑部门得到了广泛应用。在建筑部门地热能开发利用过程中,相比于传统浅层地源热泵系统,中深层地热地埋管供热系统作为一种新型供暖技术,具有地埋管换热器占地面积小、对全年冷热负荷平衡要求低及系统取热性能稳定等优势,近年来得到了快速发展。中深层地热地埋管供热系统的核心部件为中深层地埋管换热器,因此,本文将中深层套管式地埋管换热器作为研究对象,开展相关基础研究。首先,本文通过分析中深层套管式地埋管换热器的传热机理,建立中深层套管式地埋管换热器与岩土耦合传热模型,基于有限差分法进行求解,采用工程实测的数据验证模型的准确性。在此基础上,研究单个供热周期内中深层套管式地埋管换热器的取热特性及其周围岩土的热恢复特性,量化设计参数对中深层套管式地埋管换热器取热性能的影响,并且揭示岩土温度的热恢复规律。其次,研究中深层套管式地埋管换热器长期取热的稳定性以及对周围岩土的热扰。探究长期运行下中深层套管式地埋管换热器的出水温度以及周围岩土温度的热衰减率,并对影响中深层套管式地埋管换热器热扰的参数进行敏感性分析。明确利用中深层地热地埋管供热系统供热的可持续性,并得到中深层套管式地埋管换热器热影响半径和岩土热扩散率的关系。最后,考虑到中深层地热地埋管供热系统常应用于不同建筑类型,为此,本文研究不同运行模式下中深层套管式地埋管换热器的取热特性及岩土热恢复特性。探究运停比(一天中机组开启和关闭时长的比值)对系统稳定性、流体热损失率、岩土热恢复率及中深层套管式地埋管换热器热影响半径的影响,明确系统稳定性、流体热损失率等在不同运停比下的关系。本文的研究工作将为中深层地热地埋管供热技术的后续推广提供一定的理论指导和技术支撑。
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