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本書主要闡述了土壤源熱泵的基本原理、相關理論、設計方法以及應用技術，內容包括土壤源熱泵的概念、土壤源特性分析、岩土熱響應測試、地埋管換熱器傳熱理論與模型、地埋管換熱系統設計、土壤熱平衡問題及其控制、地埋管換熱系統施工、系統運行能效測評及運行維護管理，並介紹了部分土壤源熱泵工程實例。本書系統性與實用性相結合，反映了土壤源熱泵領域新的科學研究成果和工程應用進展。
本書可供從事土壤源熱泵的研究、設計、施工及運行管理人員使用，也可供建築、環境與能源應用工程等相關專業院校師生參考。
第1章緒論1
1.1能源、環境與可持續發展1
1.1.1能源消費現狀1
1.1.2可持續發展對能源利用的要求3
1.2熱泵與節能減排3
1.2.1熱泵的定義3
1.2.2熱泵空調系統4
1.2.3熱泵的驅動能源與驅動裝置5
1.2.4熱泵的節能與環境效益7
1.3熱泵的理論基礎8
1.3.1理想的熱泵迴圈8
1.3.2熱泵的性能評價指標10
1.4熱泵的低位熱源11
1.4.1空氣11
1.4.2水12
1.4.3太陽能14
1.4.4土壤15
1.5熱泵的分類17
1.5.1熱泵的分類方法17
1.5.2按熱源種類分類18
1.5.3按熱泵驅動方式分類23
1.5.4按熱泵制熱溫度範圍分類24
1.5.5按載熱介質分類24
1.6熱泵的發展歷程與現狀24
第2章土壤源熱泵27
2.1土壤源熱泵概述27
2.1.1土壤源熱泵的定義27
2.1.2土壤源熱泵系統的構成及工作原理28
2.1.3土壤源熱泵的技術特點29
2.2土壤源熱泵系統的熱力學分析31
2.2.1熱泵機組31
2.2.2用戶末端33
2.2.3迴圈水泵34
2.2.4地埋管換熱器35
2.2.5土壤源熱泵系統35
2.3土壤源熱泵的類型36
2.3.1土壤源熱泵的分類36
2.3.2垂直埋管式土壤源熱泵36
2.3.3水準埋管式土壤源熱泵38
2.3.4螺旋形埋管式土壤源熱泵38
2.3.5樁基埋管式土壤源熱泵38
2.3.6直膨式土壤源熱泵40
2.3.7複合式土壤源熱泵40
2.4土壤源熱泵適應性評價42
2.4.1適應性評價的必要性42
2.4.2適應性評價體系43
2.5土壤源熱泵推廣應用中的關鍵問題46
2.5.1認識方面46
2.5.2岩土熱物性的確定47
2.5.3設計方面47
2.5.4施工方面47
2.5.5運行管理方面48
2.5.6能效測評48
2.6土壤源熱泵技術的發展歷史與現狀48
2.6.1國外48
2.6.2國內49
第3章土壤源特性分析53
3.1土壤能量的來源與平衡53
3.1.1土壤能量的來源53
3.1.2土壤能量的平衡54
3.2土壤源的特點54
3.2.1土壤源的優點54
3.2.2土壤源的缺點55
3.3土壤的孔性55
3.3.1土壤密度55
3.3.2土壤容重56
3.3.3土壤孔隙56
3.4土壤的熱特性57
3.4.1土壤的熱容量58
3.4.2土壤的熱導率59
3.4.3土壤的導溫性60
3.5土壤的溫度狀況61
3.5.1土壤溫度狀況的影響因素62
3.5.2土壤溫度的變化規律62
3.5.3土壤原始溫度場的計算63
3.5.4土壤溫度的變化特性63
第4章地下岩土熱響應測試67
4.1概述67
4.1.1測試目的67
4.1.2測試依據68
4.2地下岩土熱回應測試要求68
4.2.1一般規定68
4.2.2儀錶要求69
4.2.3測試要求69
4.3常用測試方法70
4.3.1土壤地質手冊70
4.3.2取樣測值法70
4.3.3探針法71
4.3.4現場探測法72
4.4現場熱響應測試原理74
4.4.1恒熱流法74
4.4.2恒溫法74
4.4.3兩種測試原理比較75
4.5現場熱響應測試裝置及步驟75
4.5.1測試裝置75
4.5.2測試步驟76
4.5.3測試結果的影響因素77
4.6資料處理方法79
4.6.1基於線熱源的資料擬合法79
4.6.2基於解析解模型的參數估計法81
4.6.3三種方法的比較82
4.6.4測試實例及分析85
第5章地埋管換熱器傳熱理論與模型88
5.1概述88
5.1.1地埋管傳熱模擬的意義88
5.1.2傳熱模型的理論基礎88
5.1.3地埋管換熱器的可利用傳熱溫差89
5.2常用的地埋管換熱器傳熱模型89
5.2.1導熱型模型90
5.2.2熱濕耦合型99
5.2.3考慮凍融相變101
5.2.4地埋管傳熱模型的關鍵105
5.3地埋管傳熱特性影響因素及強化措施105
5.3.1地埋管傳熱特性影響因素105
5.3.2地埋管傳熱強化措施107
5.4變熱流線源模型108
5.4.1變熱流線熱源模型的提出108
5.4.2變熱流情況下鑽孔壁溫的計算108
5.4.3變熱流情況下埋管流體溫度的計算109
5.4.4模型的驗證110
5.5二區域U形埋管傳熱模型112
5.5.1二區域U形埋管傳熱模型的提出112
5.5.2鑽孔外土壤區域的傳熱模型112
5.5.3鑽孔內的傳熱模型114
5.5.4二區域U形埋管傳熱模型的應用119
5.5.5二區域U形埋管傳熱模型的實驗驗證122
5.6土壤凍結對地埋管換熱特性的影響123
5.6.1土壤凍結對土壤溫度分佈的影響123
5.6.2含水率對土壤凍結特性的影響125
5.6.3土壤原始溫度對土壤溫度分佈及凍結半徑的影響125
5.6.4導溫係數與Stefan數對土壤凍結半徑的影響126
5.7地下水滲流對地埋管換熱特性的影響128
第6章地埋管換熱系統設計130
6.1設計的基礎資料130
6.1.1設計原始資料130
6.1.2空調負荷的計算135
6.1.3現場資源條件勘探141
6.2地埋管換熱器的管材及傳熱介質142
6.2.1地埋管換熱器的管材142
6.2.2管材規格與壓力級別143
6.2.3傳熱介質144
6.3地埋管換熱器的形式與連接146
6.3.1地埋管換熱器的形式146
6.3.2地埋管換熱器的連接方式149
6.4地埋管換熱器長度的設計151
6.4.1工程概算法153
6.4.2半經驗公式法154
6.4.3電腦動態類比法154
6.5地埋管換熱系統的水力計算155
6.5.1地埋管換熱系統流量的確定155
6.5.2地埋管換熱系統的阻力計算156
6.6地埋管換熱系統設計實例161
6.6.1工程概況161
6.6.2系統磁碟分割與機房冷熱源配置161
6.6.3地埋管換熱系統的設計162
6.6.4輔助冷卻塔容量的確定164
6.6.5地埋管系統流量的確定164
6.6.6管內流速校核166
6.6.7管路系統阻力損失計算與承壓能力校核166
6.6.8地下熱平衡計算167
6.7地埋管換熱系統專用設計軟體167
第7章土壤熱平衡問題及其控制170
7.1土壤熱平衡170
7.1.1土壤熱平衡的概念170
7.1.2土壤熱失衡的原因171
7.1.3土壤熱失衡的危害172
7.2土壤熱平衡的設計與控制173
7.2.1土壤熱平衡的設計173
7.2.2土壤熱平衡控制的技術措施175
7.3土壤熱平衡控制中關鍵影響因素的分析176
7.3.1取放熱不平衡率176
7.3.2地下釋能運行控制模式178
7.3.3埋管佈置方式182
7.3.4岩土類型183
7.3.5地下水滲流184
7.3.6土壤凍結相變185
7.4複合式土壤源熱泵系統187
7.4.1複合式系統的必要性187
7.4.2冷卻塔-土壤源熱泵複合式系統187
7.4.3太陽能-土壤源熱泵複合式系統193
第8章地埋管換熱系統施工203
8.1施工工藝流程203
8.2施工前的準備203
8.2.1現場勘探203
8.2.2場地規劃204
8.2.3水文地質調查205
8.2.4測試孔與監測孔205
8.3施工設備206
8.3.1鑽孔與挖掘機械206
8.3.2焊接與回填設備211
8.4地埋管管道的連接214
8.4.1管道的熱熔連接214
8.4.2管道的電熔連接218
8.4.3鋼塑管道的轉換連接220
8.4.4聚乙烯管道連接與施工時應注意事項221
8.5地埋管換熱器的安裝222
8.5.1水準式地埋管換熱器222
8.5.2豎直式U形地埋管換熱器224
8.6地埋管換熱系統的檢驗與水壓試驗230
8.6.1地埋管換熱系統的檢驗230
8.6.2地埋管水壓試驗230
第9章土壤源熱泵系統運行能效測評232
9.1能效測評的必要性232
9.1.1土壤源熱泵健康發展的需要232
9.1.2土壤源熱泵系統的複雜性233
9.1.3系統優化運行管理的需要233
9.1.4土壤源熱泵生態環保的需要233
9.2能效測評的依據234
9.3能效測評的內容234
9.3.1測試條件234
9.3.2測試內容235
9.3.3評價內容235
9.4能效測評的方法235
9.4.1測試方法235
9.4.2評價方法240
9.5能效測評報告244
9.5.1基本要求244
9.5.2能效測評報告的組成246
第10章土壤源熱泵系統運行維護管理249
10.1土壤源熱泵系統的運行管理249
10.1.1技術資料249
10.1.2運行的規章制度250
10.1.3運行人員管理251
10.1.4運行技術要求251
10.1.5運行節能要求254
10.1.6運行安全要求254
10.2土壤源熱泵系統的運行維護255
10.2.1維護保養制度255
10.2.2維護保養內容255
第11章土壤源熱泵系統工程實例257
11.1浙江某賓館複合式土壤源熱泵系統257
11.1.1工程概況257
11.1.2地質勘探與岩土熱響應測試257
11.1.3總體設計方案258
11.1.4熱泵機組選型258
11.1.5地埋管換熱系統設計259
11.1.6冷卻塔容量確定262
11.2揚州大學複合式土壤源熱泵實驗示範系統262
11.2.1實驗示範系統概況262
11.2.2冷卻塔-土壤源熱泵複合式系統263
11.2.3太陽能-土壤源熱泵複合式系統268
11.3揚州帝景藍灣土壤源熱泵系統273
11.3.1工程概況273
11.3.2設計依據274
11.3.3空調負荷計算與熱泵機組選型274
11.3.4地埋管換熱器系統設計275
11.3.5地埋管換熱器的施工278
11.4揚州陽光美第土壤源熱泵系統280
11.4.1工程概況280
11.4.2設計依據280
11.4.3地下岩土熱響應測試280
11.4.4空調負荷計算282
11.4.5冷熱源配置282
11.4.6地埋管換熱器設計與施工284
11.4.7地表水源熱泵286
參考文獻288
