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研究生: 彭善玉
Shan-yu Peng
論文名稱: 小型地源熱泵於空調冷房應用之初探
A Study on Application of Cooling System Integrated with Ground Source Heat Pump
指導教授: 江維華
Wei-Hwa Chiang
口試委員: 魏浩揚
Hao-Yang Wei
許晏堃
none
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 設計學院 - 建築系
Department of Architecture
論文出版年: 2008
畢業學年度: 96
語文別: 中文
論文頁數: 103
中文關鍵詞: 地底溫度地源熱泵冷房熱交換器TRNSYS
外文關鍵詞: Underground temperature, Ground-source heat pump, Cooling, Ground heat exchanger, TRNSYS
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  • 誘導式建築設計手法能有效降低室內顯熱負荷,並降低主動式控制耗能。透過地源熱泵系統熱交換器之管線等相關構造設計,期望對於空調散熱系統,使其達到最大冷卻能力。從文獻之研究中可瞭解,1kW地源熱泵系統之能量消粍,可以得到 4kW 以上的熱或冷。而使用地源熱交換系統與冷凍機冷卻水做熱交換來吸收冷卻水的熱量,可顯著提升冷凍機的運轉效能(COP),達到節能的目的。
    因此本研究透過對台灣科技大學2007年8月至2008年5月間的地底溫度量測與分析,紀錄其溫度及水位的變化;再利用TRNSYS電腦模擬解析方法,對空調散熱系統進行研究及分析,以了解其最佳熱交換器的設計;最後再將模擬延伸至位於台北地區地源熱泵系統的應用。
    本研究中所測得的數據以G.L. -2m處的溫度最為穩定,平均溫度為23.8℃,而越往地底溫度的年變化則越大。而地源熱泵系統熱交換器最佳化的設計為:當熱交換器管長為160m、管內徑0.0508m、外徑0.06m、管內水流量為1000kg/hr時,熱泵機組的冷房效能最高,COP值可達6.74。另外由模擬得知台北地區的地溫偏高,深度要達到8米才可使9月的地溫降至25℃以下,而位於G.L.-8m處的水平式熱交換器可以使熱泵機組的效能(COP值)維持在5以上。


    An approach of passive design in architecture is conducted to reduce the indoor heating load significantly, and reduced energy consumption for active control. A numerical model has been efficiently developed for prediction of energy conservation, ground-source heat pump system and passive thermal evaluation are perceived to apply the techniques for building energy saving. The energy consumption of 1 kW ground-source heat pump systems may gain more than 4 kW of heating or cooling load form former study. The ground-source heating exchange system with the chilled cooling water can significantly enhance the coefficient of performance (COP) of cooling system for achieving the purposes of energy saving.
    This study is focused on measurements and analysis for the underground temperature at Taiwan University of Science and Technology from August of 2007 to May of 2008. First all, the contents of research works which is recorded the data of changes of temperature and water level, and then the air-conditioning cooling system is conducted the analysis by TRNSYS computer simulation for realizing the best heat exchanger design. Finally, the simulation is extended to apply the ground-source heat pump system for Taipei city area.
    The results from the measurements with an average temperature of 23.8 ℃ which is the most stable at 2-m deep of underground, temperature of difference will be increased when goes down the deeper area. The optimization of design for ground-source heat pump system and heat exchanger which the COP value is up to 6.74. The length of heat exchanger is 160 m, the inner diameter of pipe is 0.0508 m, the outer diameter of pipe is 0.06 m and, water flow rate is 1000 kg / hr. Another results from the simulation that found the depth of eight meters to be achieved to drop to below 25℃ in September due to the high temperature of the period in Taipei, and 8m deep at the underground l of heat exchangers can maintain above the performance of heat pump system (COP) of 5 level.

    第一章 緒論 1-1 研究動機與目的 1-2 研究對象與方法 1-3 研究步驟與流程 第二章 文獻回顧 2-1 地源冷暖房系統之概述 2-1-1 地源冷暖房系統之基本原理 2-1-2 地源冷暖房系統之熱交換媒介 2-1-3 地源冷暖房系統之主要型式 2-1-4 熱交換器埋管間距與布置方式 2-1-5 地源冷暖房系統上之應用 2-1-6 地源冷暖房系統之優勢 2-2 地底環境的特性及其利用 2-2-1 影響地底溫度變化的因素 2-2-2 地底溫度的特性 2-2-3 地底溫度的地區分佈圖 2-2-4 台北地區地底環境之概述 2-3 地源冷暖房系統之設計準則及方法 2-3-1 設計地中管房系統所需之計算方法 2-3-2 地源冷暖房系統的熱交換器設計與其冷卻量的關係對照圖 2-4 熱泵機組製冷的理論基礎 2-4-1 逆向卡諾循環 2-4-1 蒸氣壓縮式熱泵循環 2-5 冷卻水塔 2-5-1 冷卻水塔運作原理 2-5-2 冷卻水塔設計用經常性數據 第三章 地底溫度量測內容與結果分析 3-1 量測點之環境概述 3-1-1 地表環境概述 3-1-2 量測區域之地質概述 3-2 地底溫度量測儀器及量測方法 3-3 地底環境量測結果與分析 3-3-1 地下水位對於地底溫度的影響 3-3-2 兩量測點BH-1及BH-2溫度的比較 3-3-3 氣候狀況對地底溫度的影響 3-3-4 對地底溫度量測之結果分析與結論 第四章 地源冷房系統之模擬與分析 4-1 電腦模擬軟體之概述 4-1-1 TRNSYS動態系統模擬程式簡介 4-1-2 TRNSYS動態系統模擬軟體運算流程 4-2 電腦模擬模組之建立 4-2-1 TRNSYS內建之地源冷暖房系統模組 4-2-2 符合模擬條件之地源冷房系統模組 4-2-3 模擬環境之設定 4-2-4 模擬時間長度之設定 4-3 電腦模擬各項變因之設定及其數值分析 4-3-1 地源冷房系統熱交換器管長之設定及數值分析 4-3-2 地源冷房系統熱交換器管徑之設定 4-3-3 地源冷房系統熱交換器管內流體流量之設定 4-3-4 三種變因最佳化後組合之數值解析結果 4-4 電腦模擬解析最佳化之地源冷房系統 4-4-1 固定地源冷房系統之熱交換器管長 4-4-2 固定地源冷房系統之熱交換器管徑 4-4-3 固定地源冷房系統之熱交換器管內水流速 4-4-4 電腦模擬解析最佳化之數值 4-5 空調系統回風溫度對熱泵機組之影響 4-6 台北地區地源熱泵系統的模擬應用 4-6-1 模擬用氣象資料(TMY2平均氣象年)簡介 4-6-2 電腦模擬之環境條件設定 4-6-3 電腦模擬之地底溫度變化 4-6-4 電腦模擬之台北地區於夏季時地源熱泵系統的效能 4-7 地源熱泵系統模擬小結 第五章 結論與建議 5-1地底環境量測之結果 5-2 電腦模擬結果 5-3 後續研究建議 參考文獻 附錄

    中文文獻
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    E19 TRNSYS 16 Programmer’s Guide

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