跨季节埋管蓄热系统及应用

本书共7章，首先通过对建筑能耗和建筑清洁供暖进行简要介绍讨论了蓄热技术在清洁供暖中的重要性，随后详细介绍了跨季节蓄热技术、BTES系统单井蓄热体建模方法与性能分析、BTES系统影响因素及敏感性分析方法、BTES系统井群模型及性能特性，列举了BTES供热系统典型应用实例，最后展望并介绍了新型BTES技术。 本书具有较强的专业性和先进性，可供从事储能、跨季节储热、清洁供暖、可再生能源利用、余热废热回收利用、建筑节能、暖通等相关行业的工程设计人员参考，也可供高等学校环境、暖通、能源、建筑等专业相关师生参阅。

陈萨如拉，安徽建筑大学建筑与规划学院讲师，工学博士，主要研究方向包括主/被动式储能系统设计与优化；跨季节储能供能系统与建筑集成技术；零能耗建筑能源系统设计与应用研究；低能耗建筑设计方法与技术集成；传统建筑适宜性改造技术研究等。在Applied Energy、Energy Conversion and Management、Renewable Energy等国际期刊担任审稿人；在国内外期刊发表论文十余篇、申请/授权发明和实用新型专利100余项，其中主被动式跨季节储能系统开发方面专利近20项，主持/参与若干项纵向研究课题和主导完成跨季节储能供能相关企业横向课题。

第1章绪论1 1.1建筑能耗现状1 1.2建筑供暖现状与趋势2 1.3蓄热技术在清洁供暖中的重要性3 参考文献4 第2章跨季节蓄热技术5 2.1蓄热技术概述5 2.1.1蓄热方式5 2.1.2跨季节蓄热技术发展6 2.2跨季节地下蓄热及建筑供热系统8 2.2.1BTES系统原理及建筑供热系统8 2.2.2WTES系统原理及建筑供热系统16 2.2.3ATES系统原理及建筑供热系统18 2.2.4GWES系统原理及建筑供热系统21 2.2.5四种地下跨季节蓄热系统对比分析21 2.3BTES技术关键问题国内外研究现状24 2.3.1BTES技术应用研究现状24 2.3.2BTES技术理论研究现状24 2.3.3关键存在问题28 2.4BTES系统与GSHP系统边界29 2.4.1概念边界30 2.4.2技术边界31 参考文献32 第3章跨季节埋管蓄热系统单井蓄热体模型及热特性分析36 3.1BTES系统单井蓄热体几何模型36 3.1.1ANSYS软件介绍36 3.1.2几何模型37 3.1.3网格划分38 3.2BTES系统单井蓄热体数学模型40 3.2.1单井传热过程40 3.2.2钻孔内部传热模型41 3.2.3钻孔外部传热模型46 3.2.4单值性条件50 3.3BTES系统单井蓄热体模型验证54 3.3.1网格独立性验证54 3.3.2模型简化假设验证58 3.3.3热响应实验验证59 3.3.4单井沙箱实验验证63 3.4BTES系统单井蓄热体热特性分析66 3.4.1不同运行条件下换热性能分析66 3.4.2不同运行条件下瞬态温度分布67 3.5本章小结72 参考文献72 第4章BTES系统影响因素及敏感性分析方法74 4.1影响因素筛选与范围的确定74 4.1.1影响因素筛选74 4.1.2影响因素范围75 4.2抽样设计76 4.2.1抽样设计方法76 4.2.2抽样设计结果78 4.3全局敏感性分析方法选取79 4.3.1概念及分类79 4.3.2全局敏感性分析方法选用80 4.3.3因素间相关性分析84 4.4全局敏感性分析技术路线与结果表达85 4.4.1技术路线85 4.4.2结果表达85 4.5本章小结87 参考文献87 第5章BTES系统井群模型及其性能特性91 5.1BTES系统井群布置形式91 5.2BTES系统井群数学模型93 5.2.1BTES井群几何模型93 5.2.2单值性条件94 5.2.3时间步长独立性验证96 5.2.4井群沙箱实验验证100 5.3BTES系统性能评价指标102 5.4蓄热阶段性能105 5.4.1总注入热量(IH)106 5.4.2蓄热量(SH)和蓄热率(SE)111 5.4.3热损失(HL)和热损失率(HLP)117 5.4.4能量密度(ED1)123 5.4.5平均换热量(HTR)128 5.5取热阶段全局敏感性结果与分析133 5.5.1取热量(HE)133 5.5.2取热率-1(EP1)134 5.5.3取热率-2(EP2)139 5.5.4能量密度-2(ED2)142 5.6本章小结147 参考文献148 第6章乌海市某农业大棚应用BTES建筑供暖系统应用实例150 6.1农业大棚建筑介绍150 6.2大棚建筑节能改造152 6.3大棚建筑供暖负荷计算154 6.3.1基本资料154 6.3.2负荷计算156 6.4BTES供暖末端系统设计157 6.5基准供暖设计方案159 6.6BTES与热泵耦合系统供暖方案设计162 6.6.1设计与优化模拟方案162 6.6.2技术经济评价方法164 6.7供暖方案优化结果与分析165 6.7.1技术性能分析165 6.7.2经济性能分析169 6.7.3优化方案结果170 6.8择优方案设计方法178 参考文献179 第7章跨季节蓄热研究展望与新型蓄能系统180 7.1BTES蓄热技术研究展望180 7.1.1本书研究成果简述180 7.1.2BTES系统存在的不足182 7.2被动式地下跨季节储能系统183 7.2.1被动式跨季节供能蓄能系统183 7.2.2被动式集能蓄能供能系统188 7.2.3具有振动强化传热功能的被动式蓄能供能系统192 7.2.4具有双储液腔结构的地下储能系统197 7.2.5具有分层结构特征的多用途地下储能系统200 7.3多模驱动的地下跨季节储能系统205 7.4建筑集成储能系统209 附录213 附录1主要符号213 附录2缩略语214 附录3UDF程序216