利用热管技术提高地源热泵水平埋管的换热效能

提出了把热管应用到地源热泵的水平埋管换热器中 ,用以提高换热器周围土壤的温度和稳定土壤周围的温度场 ,以减少埋管换热器的占地面积     

软土地区竖直地埋管换热器参数与换热性能分析

地埋管换热器是土壤源热泵系统的关键部件,选择合理的设计参数是对土壤源热泵系统工程进行优化设计的基础。依托上海市典型地质条件建立单U垂直地埋管换热器三维非稳态传热模型,分别分析了上海市地质条件、换热器结构、循环流体、运行模式等因素对地埋管换热器换热性能的影响,并通过回归分析得到地埋管换热器换热效率的变化率与主要影响因素的关系式,使各影响因素的敏感度得到量化,对于影响地埋管换热器换热性能的参数,根据影响程度由大到小依次为循环水平均温度、原始地温、换热孔深度、岩土体导热系数、回填料导热系数。研究结果为土壤源热泵系统的实际应用提供参考。     

严寒地区土壤源热泵地下水平埋管换热性能影响研究

针对严寒地区地源热泵水平埋管换热器的传热规律及其制约因素,建立加土壤保温层水平埋管换热器周围土壤不稳定温度场的物理和数学模型,并对所建立的模型进行模拟计算及实验验证。研究加保温层前后埋管周围土壤的温度变化以及不同运行方式下埋管周围土壤的温度场。结果显示:加土壤保温层后,单埋管换热器周围土壤温度提高1.30℃,双埋管换热器周围土壤温度提高约1.20℃。间歇运行比连续运行更有利于土壤温度的恢复,埋管换热量也得到提高。     

土壤源热泵U型竖直埋管换热特性的实验研究

以土壤源热泵实验系统为平台,进行了夏季工况实验,分析了管间距为4 m时,单、双U埋管换热器的换热性能,并对不同管间距的单U地埋管进行实验研究。实验结果表明,管间距对系统的运行影响较大,得出夏热冬冷地区长期运行的土壤源热泵系统中地埋管合理的管间距,为长三角地区土壤源热泵换热器设计提供了设计参考。     

土壤源热泵U型埋管换热器传热的非稳态数值模拟

本文基于能量平衡方程,建立了土壤源热泵U型埋管换热器周围土壤的非稳态传热模型,用所建立的传热模型对土壤源热泵冬季取热过程进行了动态模拟.研究了不同物性土壤温度及U型埋管出口流体温度的变化规律,分析了土壤物性对换热器换热性能的影响,采用间歇运行方式提高了换热器换热能力.通过建立数学模型得出的结果,可供设计参考.     

地源热泵垂直埋管换热器换热效率下降因素分析

地源热泵系统的成功应用,取决于土壤的换热性能.土壤的换热性能影响地埋管出水温度,温度升高会影响热泵机组的运行效率.地源热泵使用寿命主要取决于埋管周围土壤的换热性能是否衰减.本文运用ANSYS软件,通过稳态换热模型模拟了恒热流情况下管井周围的温度场,分析了管井热阻影响因素,以及土壤含水率对土壤换热系数的影响.     

竖埋螺旋管地热换热器理论模型及实验研究

对竖埋螺旋埋管地热换热器建立了传热模型，分析了流量、土壤传热系数对热输出的影响，并计算了等效传热系数、竖埋螺旋埋管换热器对土壤温度场的影响情况。在理论计算的基础上，对一竖埋螺旋管地源热泵系统进行了实验研究，对比分析了理论计算值和实验测试值，并分析了热泵系统的性能。     

地下水渗流对地埋管换热器周围温度场的影响

为确定地下水渗流对土壤源热泵地埋管换热器周围温度场的影响,以U型地埋管换热器传热系统为例,构建了等效当量直径的单管圆柱换热器传热物理和数学模型,并用多物理场耦合分析软件COMSOL Multiphysics 4.2a 对夏季工况下地埋管换热器周围温度场进行数值模拟计算,通过有无渗流条件下不同导热系数、孔隙率土壤温度场变化的对比分析,确定引起温度场变化的主导因素,为下一步试验提供了重要依据。     

冬季工况下埋管换热器换热特性实验与模拟对比分析

利用土壤源热泵实验系统,进行不同埋管间距下冬季连续运行实验。采用FLUENT模拟软件建立竖直U型埋管的等效传热模型,对不同实验工况进行了数值模拟,将获得的实验数据与模拟结果进行对比分析。通过分析,得到了不同埋管间距对土壤源热泵系统性能的影响,土壤温度场变化对地埋管换热器换热性能的影响规律。     

垂直U型埋管换热器准三维热渗耦合模型及其实验验证

为了探讨热渗耦合对土壤源热泵地埋管换热的影响,基于多孔介质传热传质及地下水渗流理论,通过耦合竖直方向一维流体模型与水平面内土壤二维非稳态热渗耦合模型,建立了考虑地下水渗流影响的准三维U型埋管热渗耦合模型。基于模型的数值求解,探讨了土壤热物性及地下水渗流对埋管换热特性的影响。结果显示:土壤导热系数与比热容的增大均有利于加强埋管的换热,且地下水渗流的存在有利于强化地下埋管与周围土壤间的换热能力,提高土壤源热泵系统的运行效率。实验验证表明,所建模型具有一定的预测精度,可为地下埋管换热器传热特性的研究提供理论基础。     

地源热泵地埋管岩土热响应测试方法与应用

地源热泵地埋管热响应测试是研究土壤热物性参数及地埋管换热器性能最有效的方法之一。文中结合南京某办公楼一个地源热泵测试工程实例,探讨了地源热泵热响应测试的测试步骤、测试方法和数据处理。通过对地埋管进出口水温、流量和加热功率的实时采集,分析研究了土壤的热物性以及地埋管热响应的放热和取热量。     

地下水流动对地下埋管换热器影响的实验研究

为确定地下水渗流对竖直地下埋管换热器的影响,该文从实验角度出发,分别对无渗流土壤、饱和土壤中地下埋管换热器热负荷对其周边土壤温度场的影响,有渗流土壤中地下水流速、土壤初始温度以及埋管热负荷对土壤温度场的影响进行了实验,从而得出在夏热冬冷地区或亚热带地区应用土壤源热泵时,宜采用冷却塔-土壤源热泵混合系统形式或将地下埋管换热器埋设在地下水流速较大地区,以期土壤源热泵的长期良好运行。     

竖直埋管周围土壤温度场数值模拟研究

建立了应用于地源热泵系统的竖直埋管的传热数学模型,并采用ANSYS软件模拟了埋深为23 m的竖直埋管在夏季运行工况下周围土壤的温度场变化,为竖直埋管换热器的埋设提供了参考。     

U型波纹埋管对于增强土壤源热泵换热性能的研究

为了增强土壤源热泵系统地下埋管换热器的换热性能,通过CFD方法,探讨改用波纹管对地下换热所产生的影响,首次提出采用波纹管代替光管作为强化地下埋管换热器换热效率。     

运行模式对地埋管换热器热交换性能的影响试验

运行模式对地埋管换热器的热交换性能具有显著影响。文章借助桂林理工大学建立的地源热泵实验平台,对桂林地区地源热泵制冷工况下3种运行模式进行试验,研究地源热泵的运行状况及管壁温度变化特性,分析运行模式对地埋管热交换性能的影响规律。研究结果表明:3种运行工况下,地源热泵机组的性能系数COP分别为4.30,4.03,3.48,竖埋管单位管长换热量为14.4~32.8 W/m,水平埋管单位管长换热量为14.8~17.9W/m;地埋管的管壁温度随着地源热泵的运行发生变化,其恢复程度与停机时间的长短有关;间歇运行模式有利于土壤温度场的恢复,提高地埋管换热器的热交换性能;停运比Ps-o由0变化到1时,热泵机组性能系数COP增加了15.8%。     

不同回填材料对U型垂直埋管换热性能的影响

在天津市一生态居住小区综合办公楼建立了闭环大地耦合地源热泵系统(GCHP)，对该系统所采用的不同回填材料U型垂直埋管-U型桩埋管和U型井埋管换热器分别进行取热和放热的实验研究，对比分析了这两种埋管方式换热器的换热效果与性能及影响因素。并对这两种埋管方式在短期连续放热运行条件下对周围土壤温度场的影响进行测试分析，得出了这两种埋管换热器的热作用半径。     

富水土壤地区土壤换热器换热性能的实验研究

介绍了作者自主设计实施的土壤源地源热泵系统,并针对夏热冬暖地区富水土壤的特性,对Ф80套管周围的土壤温度分布及浅埋土壤换热器的换热性能进行了实验研究.研究发现:渗流水的存在,有助于土壤换热器的换热,套管释放的冷量主要沿渗流水流动方向扩散,且较长时间运行后的土壤换热系统能够保持稳定;管径较大的套管换热器的换热性能明显优于U型管换热器,且Ф65套管换热器的投资经济性最好.     

青岛地区水平埋管换热器换热特性分析

水平埋管换热器的换热性能对地源热泵系统的运行节能性有重要影响。以青岛棕壤地区为例,建立了考虑太阳辐射、地表温度波动、土壤竖直方向上的温度梯度等因素的水平埋管换热器传热模型,模拟了埋管深度、土壤导热系数对水平埋管换热器换热性能的影响。研究结果表明:热泵系统制冷工况下,埋深2 m和2.5 m时对应的换热量较埋深1.5 m时的对应值分别增加了10.4%和15.4%;土壤导热系数由1.278 W/(m·K)增加到3.278 W/(m·K)时,水平埋管的换热量增加了68.24%;HGHE的传热效率随着埋深和导热系数的增加而不断提高。以埋深2 m为界,上部区域的土壤温度受气温和太阳辐射的影响较大,下部区域主要受地埋管换热影响。     

竖直地埋管换热器吸排热量比对换热区温度场影响研究

以上海市同济大学土壤源热泵科学实验场工程为例,利用Feflow软件建立三维非稳态管群传热模型,按照上海典型办公建筑所要求的地埋管换热器吸排热量比(0.33,0.67和1.10)的条件,对30 a内地埋管换热器及其所处换热区的换热特性进行了数值模拟,探讨了地埋管换热器吸排热量比对换热区土壤温度的影响。研究结果表明,地埋管换热器全年吸排热量差异是影响换热区温度场分布的重要因素,当地埋管换热器全年累计吸排热量比为0.55~0.60时,有利于消除埋管区的热堆积现象。     

竖直U型埋管地热换热器热短路现象的影响参数分析

通过引入换热器出口最高流体温度的概念,对地源热泵竖直U型埋管地热换热器的热短路现象进行了量化,基于竖直U型埋管周围的瞬时有限元模型,对影响热短路现象的主要参数(支管间距和回填料导热系数)进行了模拟分析,得出了量化结果。结果表明,增大支管间距可降低换热器出口最高流体温度,减小由热短路现象引起的热损失;回填料的导热系数对热短路现象的影响较大,当回填料导热系数小于周围土壤的导热系数时,增大回填料导热系数对减小热短路损失有较大作用,而当回填料导热系数大于土壤导热系数时则作用不大,推荐使用导热系数与周围土壤导热系数接近的回填材料。