跨季節埋管蓄熱系統及應用

1.本書對我國建筑用能現狀、能源轉型時期的清潔供暖需求、蓄熱技術和跨季節蓄熱技術進行了全面而系統的闡述，匯總了不同類型地下跨季節蓄熱系統國內外典型實際應用案例及系統相關信息，詳細介紹了不同類型地下跨季節蓄熱系統原理及對應的建筑供熱系統形式，對比分析了不同類型地下跨季節蓄熱系統的特征和優缺點，從獨特的視角對BTES系統和GSHP系統進行了概念邊界和技術邊界劃分，辨析了該兩種系統的區別與關系。 2.本書深入調研了國內外BTES建筑供熱技術研究應用現狀，針對BTES系統國內外不同應用現狀、形式和蓄熱溫度，總結出了3種基于BTES系統的建筑供熱系統模式，明晰了應用中存在的一些關鍵科學問題，理論分析、建立并驗證了BTES系統單井和井群蓄熱體三維瞬態傳熱數學模型。，分析并揭示了不同影響參數及組合對BTES系統蓄熱、取熱以及蓄熱體內部復雜熱交互作用影響機制，為進一步探索BTES系統的應用和優化設計策略提供理論基礎，所得影響因素的研究結果可用于指導我國不同氣候區BTES系統的設計與優化。 3.本書通過多個BTES系統實際工程應用案例，對BTES供熱系統設計、優化、系統運行模式、系統運行性能和安裝施工等方面進行了詳細介紹。以北方嚴寒氣候區綠色農業大棚建筑供暖為主要案例，從大棚建筑節能改造、前期地址勘察、BTES蓄熱供熱系統方案優化設計、末端供熱方式，工程施工及系統實際應用效果6個方面，系統全面的介紹了BTES建筑供暖系統適宜性設計和實踐應，并以其他典型實際應用案例做支撐和補充介紹。

陳薩如拉，安徽建筑大學建筑與規劃學院講師，工學博士，主要研究方向包括主/被動式儲能系統設計與優化；跨季節儲能供能系統與建筑集成技術；零能耗建筑能源系統設計與應用研究；低能耗建筑設計方法與技術集成；傳統建筑適宜性改造技術研究等。在Applied Energy、Energy Conversion and Management、Renewable Energy等國際期刊擔任審稿人；在國內外期刊發表論文十余篇、申請/授權發明和實用新型專利100余項，其中主被動式跨季節儲能系統開發方面專利近20項，主持/參與若干項縱向研究課題和主導完成跨季節儲能供能相關企業橫向課題。

本書共7章，首先通過對建筑能耗和建筑清潔供暖進行簡要介紹討論了蓄熱技術在清潔供暖中的重要性，隨后詳細介紹了跨季節蓄熱技術、BTES系統單井蓄熱體建模方法與性能分析、BTES系統影響因素及敏感性分析方法、BTES系統井群模型及性能特性，列舉了BTES供熱系統典型應用實例，最后展望并介紹了新型BTES技術。 本書具有較強的專業性和先進性，可供從事儲能、跨季節儲熱、清潔供暖、可再生能源利用、余熱廢熱回收利用、建筑節能、暖通等相關行業的工程設計人員參考，也可供高等學校環境、暖通、能源、建筑等專業相關師生參閱。

第1章緒論1
1.1建筑能耗現狀1
1.2建筑供暖現狀與趨勢2
1.3蓄熱技術在清潔供暖中的重要性3
參考文獻4

第2章跨季節蓄熱技術5
2.1蓄熱技術概述5
2.1.1蓄熱方式5
2.1.2跨季節蓄熱技術發展6
2.2跨季節地下蓄熱及建筑供熱系統8
2.2.1BTES系統原理及建筑供熱系統8
2.2.2WTES系統原理及建筑供熱系統16
2.2.3ATES系統原理及建筑供熱系統18
2.2.4GWES系統原理及建筑供熱系統21
2.2.5四種地下跨季節蓄熱系統對比分析21
2.3BTES技術關鍵問題國內外研究現狀24
2.3.1BTES技術應用研究現狀24
2.3.2BTES技術理論研究現狀24
2.3.3關鍵存在問題28
2.4BTES系統與GSHP系統邊界29
2.4.1概念邊界30
2.4.2技術邊界31
參考文獻32

第3章跨季節埋管蓄熱系統單井蓄熱體模型及熱特性分析36
3.1BTES系統單井蓄熱體幾何模型36
3.1.1ANSYS軟件介紹36
3.1.2幾何模型37
3.1.3網格劃分38
3.2BTES系統單井蓄熱體數學模型40
3.2.1單井傳熱過程40
3.2.2鉆孔內部傳熱模型41
3.2.3鉆孔外部傳熱模型46
3.2.4單值性條件50
3.3BTES系統單井蓄熱體模型驗證54
3.3.1網格獨立性驗證54
3.3.2模型簡化假設驗證58
3.3.3熱響應實驗驗證59
3.3.4單井沙箱實驗驗證63
3.4BTES系統單井蓄熱體熱特性分析66
3.4.1不同運行條件下換熱性能分析66
3.4.2不同運行條件下瞬態溫度分布67
3.5本章小結72
參考文獻72

第4章BTES系統影響因素及敏感性分析方法74
4.1影響因素篩選與范圍的確定74
4.1.1影響因素篩選74
4.1.2影響因素范圍75
4.2抽樣設計76
4.2.1抽樣設計方法76
4.2.2抽樣設計結果78
4.3全局敏感性分析方法選取79
4.3.1概念及分類79
4.3.2全局敏感性分析方法選用80
4.3.3因素間相關性分析84
4.4全局敏感性分析技術路線與結果表達85
4.4.1技術路線85
4.4.2結果表達85
4.5本章小結87
參考文獻87

第5章BTES系統井群模型及其性能特性91
5.1BTES系統井群布置形式91
5.2BTES系統井群數學模型93
5.2.1BTES井群幾何模型93
5.2.2單值性條件94
5.2.3時間步長獨立性驗證96
5.2.4井群沙箱實驗驗證100
5.3BTES系統性能評價指標102
5.4蓄熱階段性能105
5.4.1總注入熱量(IH)106
5.4.2蓄熱量(SH)和蓄熱率(SE)111
5.4.3熱損失(HL)和熱損失率(HLP)117
5.4.4能量密度(ED1)123
5.4.5平均換熱量(HTR)128
5.5取熱階段全局敏感性結果與分析133
5.5.1取熱量(HE)133
5.5.2取熱率-1(EP1)134
5.5.3取熱率-2(EP2)139
5.5.4能量密度-2(ED2)142
5.6本章小結147
參考文獻148

第6章烏海市某農業大棚應用BTES建筑供暖系統應用實例150
6.1農業大棚建筑介紹150
6.2大棚建筑節能改造152
6.3大棚建筑供暖負荷計算154
6.3.1基本資料154
6.3.2負荷計算156
6.4BTES供暖末端系統設計157
6.5基準供暖設計方案159
6.6BTES與熱泵耦合系統供暖方案設計162
6.6.1設計與優化模擬方案162
6.6.2技術經濟評價方法164
6.7供暖方案優化結果與分析165
6.7.1技術性能分析165
6.7.2經濟性能分析169
6.7.3優化方案結果170
6.8擇優方案設計方法178
參考文獻179

第7章跨季節蓄熱研究展望與新型蓄能系統180
7.1BTES蓄熱技術研究展望180
7.1.1本書研究成果簡述180
7.1.2BTES系統存在的不足182
7.2被動式地下跨季節儲能系統183
7.2.1被動式跨季節供能蓄能系統183
7.2.2被動式集能蓄能供能系統188
7.2.3具有振動強化傳熱功能的被動式蓄能供能系統192
7.2.4具有雙儲液腔結構的地下儲能系統197
7.2.5具有分層結構特征的多用途地下儲能系統200
7.3多模驅動的地下跨季節儲能系統205
7.4建筑集成儲能系統209

附錄213
附錄1主要符號213
附錄2縮略語214
附錄3UDF程序216