基于热响应测试的分层土壤地埋管换热器数值模拟研究

结合热响应测试数据,建立了三维分层土壤地埋管换热器非稳态模型,并进行了验证。通过分析比较单层、分层土壤地埋管换热器模型,结果显示分层土壤地埋管模型误差较小;通过分层土壤地埋管模型分析了100 m、80 m、60 m深度埋管的换热性能,结果显示增加埋深时,单位延米换热量随着埋深的增加而减小,验证了热短路现象存在性。     

地埋管换热器热响应测试与模拟研究

对48m深双U型地埋管进行热响应测试,并使用线热源模型对实验数据进行分析。计算得到该测试地点土壤导热系数为1.44W/(m.K),进水温度为37℃时,每米井深散热量为91.14W/m。在实验的基础上,建立地埋管全尺寸换热模型,该模型水流进口条件与实验一致,土壤导热系数、地下初始温度等均为实验测得数据。以换热量比较,模拟结果与实验结果相差6.8%。在验证模型精度的基础上,对50m、60m、70m埋深的单U及双U型换热器进行模拟比较。进水温度为36.85℃时,对于单U型管,单位井深换热量分别为59.19W/m、56.23W/m、53.40W/m;对于双U型管,单位井深换热量分别为94.16W/m、90.00W/m、85.93W/m。不同深度的地埋管,双U型换热性能优于单U型,散热量约高37%,但是单U型管出水温度低于双U型管。     

土壤水分迁移对地埋管换热器夏季性能的影响

基于一维线热源理论,建立了同时考虑温度和含水量变化的土壤热湿传递线热源模型。针对地源热泵夏季运行工况下地埋管周围土壤温湿度的变化进行了数值模拟,结果显示,水分迁移对土壤含水量的影响主要集中在钻孔内。对模拟结果与一维热湿传递实验结果进行了对比,发现二者具有较高的相似性。数据拟合得到不同土壤初始质量含水量下对普通线热源模型地埋管换热量的修正公式。通过对不同埋深地埋管换热量的加权分析,认为当夏季平均地下水位高于-20m时,可以不考虑水分迁移引起的换热量偏差。     

不同工况流速对地埋管换热器影响的实验研究

利用地源热泵综合实验台进行实验,测定土壤初始温度、土壤热导率和地埋管换热器换热量。分析流速对地埋管换热器流动阻力和换热的影响。综合考虑换热量、进出口温差、压力损失,单U25、单U32、单U40、双U25、双U32、双U40地埋管换热器的最佳管内流速范围分别为0.5~0.7 m/s、0.4~0.6 m/s、0.4~0.5 m/s、0.4~0.5 m/s、0.4~0.5 m/s、0.3~0.4 m/s。     

基于正交试验的地道风系统换热性能优化研究

为了提高地道风系统的换热性能,建立了地道风系统换热理论模型并进行了验证。采用正交试验方法,以换热效率、换热量和性能系数为评价指标,研究了通风时间、空气流速、地道当量直径、地道长度、土壤类型和地道埋深对地道风系统换热性能的影响。结果表明：地道当量直径对不同指标均有显著影响,是影响换热性能的最关键因素;试验条件下系统换热性能的最优水平组合为空气流速3 m/s、地道当量直径0.3 m、地道长度90 m、土壤类型砂岩,该组合下系统换热效率为70%,换热量为2 550 W,性能系数为8.94。     

出水管绝热对地埋管换热性能影响的实验研究

地埋管换热器出水管热损失的原因为:进出水管之间换热,出水管与钻孔周围上部土壤换热。提出对出水管设置绝热层降低热损失,对绝热长度的确定方法及相关实际工程应用进行介绍。采取定加热流量的方法(模拟夏季工况),对出水管采取绝热措施的效果进行实验研究。出水管绝热对降低出水温度、提高单位孔深换热量均有帮助。     

渗流对地源热泵土壤温度场及换热量的影响

针对地源热泵长期运行时土壤热失衡导致热泵效率降低的问题,探究地下水渗流(以下简称渗流)以及热泵周期性运行对周围土壤温度场与热泵效率的影响。建立长宽均为40 m,深度为140 m的土壤区域,在土壤区域中打9个120 m深的钻孔,钻孔中心间距为5 m,且按照3×3的方阵排布,在钻孔中埋入深度为120 m的双U型地埋管。基于Feflow数值模拟软件的三维瞬态热渗耦合传热模型,通过土壤热响应实验验证,确定Feflow软件仿真模拟得出的结果准确可靠。在此基础上,分析不存在渗流、存在渗流、改变渗流速度(1×10~(-4)m/s、2. 4×10~(-6)m/s、2. 1×10~(-7)m/s)以及改变渗流层厚度(5 m、10 m、15 m)对地源热泵在供暖工况下120 d连续运行带来的影响,分析地源热泵系统按照1 a中供暖运行120 d,间歇90 d,制冷运行90 d,再间歇60 d的周期性运行模式,运行10 a后对地下土壤温度场以及地埋管单位管长换热量的影响。结果表明:存在渗流且渗流速度大于1×10-7m/s数量级时有利于地埋管周围土壤温度恢复;相对于无渗流条件,渗流层位于38～42 m且渗流速度为2. 4×10~(-6)m/s时,供暖工况下连续运行120 d后的地埋管单位管长换热量提高54%;渗流速度对地埋管单位管长换热量影响明显,渗流速度越大,地埋管单位管长换热量越多;渗流速度不变时,地埋管单位管长换热量随着渗流层厚度的增加而增加,且渗流层厚度每增加5 m,在供暖工况连续运行120 d后,地埋管单位管长换热量增加2 W/m;周期性运行模式下,有渗流与无渗流条件下土壤均没有明显的冷、热量积累,但有渗流条件更利于提高地埋管单位管长换热量。文末附有有渗流与无渗流工况下土壤温度场动态展示的视频,可扫二维码观看。     

竖直双U型地埋管传热特性研究

为探究U型地源热泵系统运行过程中土壤温度变化特性,以竖直U型地埋管周围土壤为研究对象,基于有限元分析法建立三维非稳态传热物理模型.研究表明,地埋管周围土壤温度和单位井深换热量均随热泵运行时间增加而增加且趋于稳定;在其他条件不变的情况下双U型地埋管换热量为28.26W/m,单U型地埋管换热量为26.38W/m;流体进口流速和土壤温度梯度对单位井深换热量影响很小;流体进口温度和回填材料对土壤温度和单位井深换热量的影响较大;热泵蓄热-恢复和取热-恢复工况下,土壤温度恢复效果随径向距离及恢复时间增加而增加,土壤导热系数越大恢复的程度越接近土壤初始温度值.     

珠三角地区地埋管地源热泵热水系统运行特性实验研究

在现有的U形地埋管地源热泵热水系统的基础上搭建了实验平台,研究了该地区不同运行工况下地埋管地源热泵的启动运行特性、制热性能系数COP、地埋管内循环水温度恢复规律、单位井深换热量及地埋管换热器的热影响半径.结果显示,该地区地埋管地源热泵供热工况下从启动到进入稳定换热的时间为6～9 h,连续和间歇运行工况下COP的平均值分别为3.47和3.56,间歇运行工况下两个实验井的单位井深换热量比连续运行工况分别提高了6.6％和9.4％,两种U形地埋管换热器在48 h内的热影响半径均在0.5～1.0m之间.     

四川绵阳某高校地源热泵地埋管换热特性研究

对绵阳某高校的土壤热物性参数进行了测试,并利用实测数据验证了数值模型的可靠性。建立了单U型和双U型地埋管的传热模型,并对地埋管换热特性进行了数值模拟,得到了进水温度、进水流速、钻井深度、回填料导热系数、土壤初始温度等因素对地埋管换热器换热性能的影响规律。结果表明:双U型地埋管的单位井深换热量、总换热量和能效系数较单U型地埋管高,但供回水温差较小;地埋管内水流流速与换热量及系统阻力直接相关,建议取0.4~0.8 m/s为宜。     

水平地埋管冬季土壤温度场及换热性能研究

以土壤源热泵水平地埋管为研究对象,建立了水平地埋管的二维数学模型,采用边界离散、保形变换方法对模型进行求解,采用VB编制了水平地埋管及其周围土壤温度场计算软件。运用模型和软件,模拟冬季工况下,水平地埋管及其周围土壤温度场和热流量分布情况。冬季水平地埋管周围土壤温度纵向呈不对称单峰状分布,横向呈完全对称的单峰状分布。地埋管外土壤沿与地埋管同圆心的圆周上温度呈正弦曲线分布。随着位置远离地埋管,土壤温度变化幅度减小。地埋管上部热流量较高,下部热流量较低。给定工况下水平地埋管单位管长换热量模拟值与实验值比较,误差为6.2%,可靠性较高。     

地埋管换热器形式、管径及岩土温度对其换热性能的影响

建立了单U形与双U形地埋管换热器的三维数学模型。对外径25mm与32mm的单U形与双U形地埋管换热器换热性能的模拟研究表明,相同管径双U形地埋管换热器比单U形地埋管换热器换热量提高20%左右,但外径25mm的单U形地埋管换热器可以获得更大的进出口温差;对于双U形地埋管换热器,外径32mm与25mm相比,换热性能无明显优势;工程应用中,在地埋管用地面积充足时,建议选用外径25mm的单U形地埋管换热器,否则应选用外径25mm的双U形地埋管换热器;岩土温度每升高1℃,出口水温升高0.23℃,换热量下降5%左右。     

热烈庆祝深圳汉光电子技术有限公司成立20周年

<正>2014年2月,深圳汉光电子技术有限公司(以下简称汉光公司)喜迎成立20周年庆典。汉光公司是一家专业从事城市基础能源(水、电、气、热、冷等)的能耗数据采集、运营监测、节能管理等产品与软件开发的国家级高新技术企业。在20年的发展历程中,公司取得了全面的发展。为在激烈的市场竞争中占据优势地位,汉光公司结合国家智慧城市、节能减排以及物联网产业政策,始终坚持开发具备自主知识产权的高新技术产品,并不断拓宽产品领域,逐渐形成了汉光品牌,依托深圳辐射全国市场,目前产品已遍布北京、天津、深圳、宁波、济     

土壤源热泵地下换热器的设计与影响因素分析

本文建立了土壤源热泵地下换热器的传热模型,用MATLAB软件编写了单位管长换热量的求解程序,并且分析了地下换热器中循环液设计出口温度、埋管间距、钻孔深度、土壤热物性参数等因素对单位管长换热量的影响。得出单位管长换热量随各参数的变化规律,为土壤源热泵系统的优化设计中各参数的合理选取提供参考。     

冻结土壤、水水平换热管耦合传热分析

以冻结土壤、水-水平换热管之间耦合传热作用为研究对象,对冻结条件下非饱和土壤连续性方程和热量迁移方程,采用有限容积数值方法进行离散求解,给出了部分温度场、冻结率分布图,并分析了耦合传热原因。分析结果表明：冻结土壤温度场是大致与地表平行的水平线,固液相变区高峰值发生在有回水管的上部,低值发生在无水平换热管的地方,水平换热管使冻结锋面向地表方向偏移,水平换热管进回水位置布置方式不同影响冻结土壤相变区域的大小与位置,回水管在单侧和中间布置是较优的布置方式。     

地源热泵地埋管换热器传热研究(4):系统耦合运行特性

采取数值计算与解析计算相结合的方法,在构建地埋管换热器与地上机组耦合模型的基础上,研究了夏季变热流边界条件下单U形地埋管换热器与地上机组耦合运行的非稳态特性。分析了连续运行工况和间歇运行工况下地源热泵机组COP、单位管长换热量、埋管进出口流体温度及钻孔壁面平均温度随运行时间的变化规律。     

太阳能土壤储热材料研究现状分析

本文通过分析太阳能供热储存的方式和研究现状,得出用土壤储热材料把太阳能量存储起来,是当前较为适用的太阳能储热方式,可以更高效地利用太阳能,前景广阔。分析土壤储热体的特性,通过增大密度、减小孔隙率和提高含水率来提高土壤导热系数,改善换热能力,同时要考虑不同地区和不同土体的热物理性质的差异。针对地埋管换热系统的研究现状分析,结合竖直埋管和水平埋管的优缺点,指出水平埋管形式的研究投入不足,今后需要更多的研究。     

不同类型地埋管钻孔换热能力对比分析

为完成浅层地热能调查项目,进一步推广其开发利用,天津市建立了土壤源地源热泵试验基地,开凿了80m、120m垂直钻孔以及120m的斜钻孔,回填不同类型的材料,并使用地层热物性测试仪进行现场热响应试验。本文通过对比分析各地埋管钻孔的换热能力,得出深度120m、垂直、双U型以原浆加中粗砂作为回填材料的地埋管钻孔换热效率最高,并对地埋管斜钻孔的合理利用提出建议,为以后的土壤源热泵工程设计提供经验。     

地源热泵竖直地埋管系统设计的简明算法模型研究

根据对流换热、导热理论和能量平衡方程,在借鉴IGSHPA模型方法的基础上,得出了地埋管换热系统设计的简明算法模型。模拟值与实测值的比较结果表明,误差在工程允许范围之内。根据该算法能够得出相同换热量的不同埋管设计方案,即不同的埋深、管间距、管内流速和埋管数量的组合情况,同时也能得出相应的流体进出口温度。     

制冷工况下水平埋管换热器运行试验研究

通过夏季工况的地源热泵运行试验,对运行过程中水平埋管的换热性能参数、试验场地周围气象因素和换热过程中土体的温湿度变化等因素进行实时监测,探讨了地源热泵运行过程中水平埋管换热器热交换性能及其周围土壤的温、湿度场变化规律。研究结果表明,地源热泵间隙运行有利于土壤温度场的恢复,随着停机时间的增加,水平埋管与周围土壤的热交换能力明显提高;气候变化对水平埋管周围土壤的温度场分布具有显著影响,随着埋深的递减,土壤温度受气候变化的影响越明显;水平埋管周围土壤温度的变化幅度随着与埋管距离的增加呈递减趋势,其影响半径为1.0m左右;热交换对水平埋管周围土壤湿度场的影响不明显,但大气降雨引起的地表水入渗对土壤湿度场的分布具有显著影响。