浅层土壤蓄热能资源量计算分析

为实现土壤源热泵系统的合理设计和科学应用,避免系统常年运行后由于土壤吸放热量不一致导致土壤温度变化,通过对该系统所利用浅层土壤蓄热能资源量进行计算分析,明确了可利用土壤蓄热能资源量估算方法．利用地下埋管换热器热渗耦合数学模型,对土壤源热泵系统冬夏季土壤释吸热量相等即按照可利用土壤蓄热能资源量来设计系统,以及冬夏季土壤释吸热量不相等2种情况进行了理论模拟和分析．结果表明:当按照可利用资源量来设计系统时全年运行后土壤温度恢复至初温;而当夏季吸热量高于冬季释热量25％时,土壤平均温度升高了032 ℃,有利于下一年冬季运行但不利于下一年夏季运行．进行可利用浅层土壤蓄热能资源量分析,综合全年的冷热释取来设计土壤源热泵系统的容量,有利于保证土壤温度的回归和系统常年高效运行．在实际土壤源热泵系统应用设计时,对于夏季负荷占优地区,要综合考虑土壤经过冬季放热及过渡季散失之后夏季可供取出的冷量来估算资源量;反之亦然．     

土壤源热泵夏季运行特性的实验研究

开展夏季制冷工况土壤源热泵运行特性的实验研究,采用改变埋管换热器流量及运行时间的方法,对地下埋管换热器的特性及其周围温度场变化规律、该系统循环性能的实验结果进行了总结和分析.获取了不同运行条件下该系统排热量和吸热量的实验结果,总结出了本地区土壤源热泵系统的一般运行规律.     

土壤源热泵夏季运行特性的实验研究

开展夏季制冷工况土壤源热泵运行特性的实验研究，采用改变埋管换热器流量及运行时间的方法，对地下埋管换热器的特性及其周围温度场变化规律、该系统循环性能的实验结果进行了总结和分析。获取了不同运行条件下该系统排热量和吸热量的实验结果，总结出了本地区土壤源热泵系统的一般运行规律。     

冬季工况地埋管换热器换热特性的影响因素

地埋管地源热泵技术可为冬季桥梁融雪工程提供绿色、环保的解决方案,但冬季工况地埋管换热效率的影响因素尚不明确.针对单U型地埋管换热器,采用数值计算方法,研究入口温度、回填材料配比、孔深和间距对冬季取热能力及周围土壤温度分布的影响.结合某桥梁实际供暖工况,建立3种不同埋深的单个换热器模型及3种不同间距的换热器群模型,并进行多工况条件下的影响因素对比分析.结果表明,系统运行48 h时,入口温度为2℃条件下的换热功率将较8℃时提高约82%;降低回填料中膨润土的质量分数有利于换热;随着换热器深度增加,每延米取热能力下降;扩大换热器间距可减弱彼此间的热干扰效应;运行8 h时,间距4 m条件下较间距3 m时换热功率提高5.4%,间距5 m条件下较间距4 m时提高1.9%.     

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。     

地埋管换热器非稳态换热性能的实验研究

通过对一个土壤源热泵系统非稳态连续制冷工况运行情况的测试,总结了土壤温度、埋地管换热器进出口水温及换热性能随时间的变化规律,比较了3种换热器在非稳态连续换热过程换热性能的差异.对比实验结果发现,双U形管换热器单位井深换热能力最强,是单U形管的1.05倍,是套管的1.73倍.比较了这3种换热器管内的流动阻力.     

水平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水平埋管的传热数学模型,并采用 ANSYS 软件模拟了埋深为 3 m 的水平埋管在冬夏运行工况下周围土壤的温度场变化。根据选取的特定时间比较了单管和双管水平埋管在相同工况下周围土壤温度场,得出各自的影响半径,为水平埋管换热器的埋设提供了参考。     

合肥地区垂直U型埋管换热器试验分析及数值模拟

以合肥市某地源热泵工程为例,选取100 m深垂直U型埋管进行分析,试验研究了合肥地区夏季典型气候条件下不同运行模式时换热器的换热性能、机组能效及土壤温度场的变化情况,模拟分析了换热器长期运行时周围土壤温度场的变化。     

垂直U型管换热器周围土壤温度场的数值模拟

目的 分析地下U型埋管周围土壤的温度分布情况,了解埋管周围土壤温度随时间的变化规律.方法 在夏季制冷工况下,对地埋管换热器中的单U型管建立了非稳态数学模型,应用数学软件MATLAB中的PDETOOL进行求解,对地埋管周围土壤的温度分布状况进行了模拟.结果 随着热泵的不断运行,埋管周围的温度越来越高,热作用半径越来越大,热泵运行10 h后,热作用半径为0.5m,埋管周围土壤温度最高达26℃.热泵运行2190 h(90 d)后,热作用半径为10 m,埋管周围土壤温度最高达45℃.结论 通过数值模拟,得出了埋管周围土壤温度随着时间的变化规律,热泵不能连续运行,要间歇运行.     

湖南地区土壤源热泵制冷运行特性的实验研究

以南华大学土壤源热泵系统为研究对象,对夏季制冷运行特性进行实验研究。测得了热泵运行前土壤原始温度分布,测试了热泵机组连续和间隙运行时,管壁处土壤温度变化情况,埋管侧进出口水温的变化情况以及埋管换热器的换热情况。研究结果表明:土壤原始温度为19.77℃,与连续运行相比,间隙运行下管壁处土壤温度降低了2.3℃,埋管侧进出口水温分别降低了2℃和2.3℃,单位管长深换热量提高了25%。     

酒店建筑地源热泵空调系统运行方式探析

暖通空调（HVAC）和生活热水是酒店建筑的能耗大项,其地源热泵空调系统及热水系统的运行方式决定了是否能达到节能环保的关键所在.文章分析了目前酒店空调系统存在的问题,基于地源热泵系统的地下热平衡及节能运行的机理,利用全年往地下释吸热量的差值制取生活热水的地埋管地源热泵空调系统、提出了采用既能保证地源热泵系统的长期高效稳定运行、又可满足生活热水需求的空调系统与生活热水系统联合运行方式的方案,并结合具体酒店的工程实例,对其热量需求及经济费用等进行了分析研究.结果表明：该系统联合运行的全年热量不平衡率为2.48％;后期维护费用远远小于其他系统.     

土壤冻结对地热换热器传热的影响

研究了土壤冻结对地源热泵系统中的地热换热器与其周围土壤的热交换过程的影响。探讨了土壤水分含量、斯蒂芬数、土壤初始温度（即地温）等对周围土壤温度分布、冻结锋面发展等的影响,并与不考虑土壤冻结情况作了对比分析。当考虑土壤中水分冻结时,由于冻结时放出大量的潜热,且冰的导热系数大,因此计算出地下埋管周围的土壤平均温度高,传热热阻小,设计的地热换热器规模可以变小,亦即可以减小钻孔的深度或钻孔的数量,从而可以减小地源热泵系统的初投资。另外也扩大了地下回路中防冻液的选择范围。当土壤含湿量大、土壤初始温度高时,对于系统的设计与运行是有利的。     

地埋管换热器流体温度对系统运行影响研究

本文通过研究地埋管换热器计算模型,搭建地源热泵系统计算平台,通过工程实例,分析地埋管换热器出口流体温度设定对系统换热器长度、埋管内流体温度及热泵耗功量的影响规律,为工程设计和运行预测提供途径,便于进一步开展逐年热力性能分析和前瞻性研究,以利于指导工程实践。     

直膨式地源热泵单U埋地换热器传热数值模拟

针对直接膨胀式地源热泵单U埋地换热器的传热特性,建立换热器及周围土壤温度场的数学物理模型.模拟计算分析制冷剂进口温度、钻孔几何尺寸与回填材料等因素对单U埋地换热器周围土壤温度的影响.研究结果为合理设计直接膨胀式地源热泵提供了理论参考.     

地埋管长度计算中关键参数的计算方法研究

地埋管换热器是地源热泵系统的核心组件,文中对基于线热源理论的地埋管换热器长度计算中的关键参数计算进行了讨论。将典型气象年数据应用在确定最热月、最冷月和地表面年平均温度上。引入平衡温度的概念,计算建筑物逐时负荷。进而提出由建筑物逐时负荷和水源热泵机组性能拟合曲线,计算地源热泵系统制冷运行系数和制热运行系数的方法。给出热泵机组最高进液温度、最低进液温度、钻孔热阻和土壤热阻等地埋管长度计算关键参数的选取、计算方法。最后提出垂直U形地埋管换热器长度计算步骤。     

寒区土壤源热泵换热埋管的水热力耦合分析

为解决寒区土壤源热泵地下埋管冻胀安全性问题,根据传热学、渗流和冻土力学理论建立寒区土壤源热泵水热力耦合的数学力学模型及其控制方程。利用FEPG有限元自动生成软件,对大庆油田某土壤源热泵地下埋管所在土体内温度场分布、冻胀位移及应力作用进行仿真计算,并对不同深度、不同回填区土壤导热系数、不同管脚间距情况进行了对比分析。结果表明,土壤源热泵运行初期,土壤未冻结,埋管的位移量很小。土壤温度达到相变温度后,土体冻结体积增大,埋管发生挤压变形。当土壤温度超过冻结相变区（-0.75℃,-0.30℃）时,埋管不会发生连续不断的变形。     

双U型地埋管换热器模型的建立及实验验证

地埋管换热器与土壤的换热状况,直接影响到土壤源热泵系统的运行性能.因而建立恰当的地埋管换热器模型,对埋管与土壤的传热研究至关重要.根据钻孔内外传热的不同特点,建立了钻孔内准三维稳态导热数学模型和钻孔外二维非稳态导热数学模型;并以钻孔壁为纽带,将内、外模型组建成完整的地埋管换热器模型.进而利用Ansys有限元法建立其物理模型并进行求解.通过热响应实验,充分验证了该模型的可靠性.这为建立土壤源热泵系统模型,模拟系统长期变负荷工况运行下土壤热堆积情况奠定了坚实基础.     

冷却塔辅助地源热泵系统设计及运行控制策略优化

土壤热平衡对地源热泵系统的长期稳定运行和经济性能具有重要影响.地下埋管换热器换热情况复杂,各地区地域特征和气候具有较大的差异性,且建筑物类型的多样性,需要针对具体工程开展有针对性的研究.以南通地区住宅建筑为例,利用Design Builder能耗模拟软件,进行了全年逐时负荷计算.运用TRNSYS建立了冷却塔辅助地源热泵系统动态仿真模型,对系统冷却塔容量的确定和运行控制策略进行了优化.综合初期投资和运行费用,冷却塔按50%容量选型,与地埋管串联,源侧热泵出口和土壤温度差值大于等于10℃.而且,冷凝器入口温度和当地湿球温度的差值大于等于4℃开启运行,为经济性能最好的方案.     

不同方式地下埋管换热器的实验研究

埋地换热器换热性能是地源热泵设计基础,针对不同埋管方式埋地换热器建立了砂石回填单 U 型、双 U 型井埋管和混凝土回填单 U 型井埋管的单井实验系统,开展埋地换热器单井的换热性能实验研究。研究了不同的土壤物性、回填材料、埋管数量和运行工况下单井换热器换热性能。     

双U型埋管地热换热器的传热模型

合理地分析地热换热器中的传热过程是保证地源热泵空调系统经济可靠地运行和降低其初投资的要求,因而确定钻孔内热阻对于设计地源热泵空调系统中的地热换热器具有重要的意义.本文采用准三维模型对于对称布置的双U型埋管地热换热器钻孔内的传热情况进行了分析研究.在考虑各支管间的"热短路"的条件下,导出了循环流体在各个支管内沿钻孔深度方向上温度变化的解析表达式,进而确定了双U型埋管地热换热器钻孔内的热阻.这一理论模型为进一步定量分析影响双U型埋管地热换热器传热性能的诸多因素奠定了基础.