土壤热物性与地埋管换热器换热性能研究

本文采用恒热流法对某地源热泵系统工程进行土壤热响应测试,数据处理采用线热源模型,线性关系推导法得到测试结果。现场钻孔埋设单U型、双U型地埋管换热器,钻井深度有80m、100m,比较不同埋管形式下测试出的单位井深换热量、土壤导热系数、钻孔热阻及土壤热扩散率之间的关系,并分析结果差异的原因,为实际设计提供可靠依据。     

双面辐射楼板换热性能的实验研究

以重庆地区某别墅作为实验对象,供热热源采用土壤源热泵,地板辐射供暖系统采用双面辐射楼板.将上下两层的两个房间作为测试房间,对测试房间的供回水温度、流量、围护结构表面温度、室内空气温度进行实测.基于实测数据,对双面辐射楼板上下表面的辐射换热表面传热系数、对流换热表面传热系数、热流密度进行了计算.双面辐射楼板以辐射传热为主,辐射热流密度是对流热流密度的2.4倍(平均值),且上表面的辐射、对流热流密度均大于下表面.     

南京地区土壤源热泵竖直地埋管热响应测试与分析

本文以南京地区某高速公路服务区地源热泵工程热响应测试为依据,通过恒热流法和恒温法对现场一口单U井和一双口U井地埋管分别进行了热响应测试;并分别进行了模拟冬季制热和夏季制冷工况实验,通过整理和分析实验数据得出土壤的热物性参数以及两口井的取、放热能力等参数,为地源热泵的设计和施工提供了基础数据和参考资料。     

地源热泵土壤热导率实验研究

土壤热导率是影响地源热泵性能的关键因素之一,本研究主要针对宁波市不同地层土壤热导率进行测定实验,利用热探针法测定土壤的热导率,以宁波市为例,得出了土壤热导率与地层深度、含水率的关系,提出选用合适的加热电流可以减小利用探针法测量土壤热导率的误差。     

防护热板法测量中绝热层厚度分析

防护热板法稳定性好精度高,经常用于绝热材料的导热系数测试,在测试中,维持一维稳态热流是关键,最常见的手段是在防护热板的四周包裹绝热材料以减少横向热流损失。通过建模和数值计算表明,测量中防护区需要的热流密度随着绝热层厚度的减小而增大,但对测试材料在计量区的温度梯度影响不大,在低温条件下,用约1cm厚度的绝热层,能有效减少横向热流损失,同时也可以合理控制保护热板法测试设备体积。     

某高校办公建筑热工性能与空调系统运行测试

对某高校办公建筑的热工性能、室内热环境、空调系统运行进行测试及调查.分析了在测试天内该办公建筑室内热湿状况,得出大部分房间都处于较舒适的环境;通过外窗的热流密度分析,在现有的测试条件下,得出一天内通过外窗的热流密度变化趋势;在对输入功率、蒸发器及冷凝器进出口温度、冷水流量测试的基础上,分析了冷机的运行情况,指出该系统的运行期间,冷水处于大流量小温差,导致了系统COP严重降低;最后提出了该建筑的节能潜力所在.     

单井循环热泵系统冬季运行特性的数值模拟

建立了单井循环系统中井水与土壤的传热数学模型,采用有限差分法对单井循环热泵系统冬季运行特性进行了数值模拟分析。在热泵运行初期,出水温度下降较快,井水从土壤中的吸热量少,热泵的吸热量基本来自井水自身的蓄热。井水初始温度对井壁处热流密度没有影响。相同运行工况下,在一定范围内,井的尺寸越大,井壁处热流密度越小。出水质量流量越大,对井水和周围土壤的传热越有利,但会缩短井的供热时间。     

土壤源热泵夏季运行中关键参数短期预测的研究

本文通过TRNSYS软件建立了仿真模型模拟土壤源热泵系统的运行,并借助现场实验数据对仿真模型进行修正,得到了在不同系统加载热流密度和不同土壤初始温度条件下,地埋管出水温度和土壤平均温度的逐时变化规律,同时拟合得出了相应的预测公式并分析了其特性,此预测公式对指导土壤源热泵系统的设计和运行控制具有一定的参考价值.     

应用于建筑采暖的薄壁式相变蓄热箱体实验研究

搭建了抛物槽真空管集热-薄壁式相变蓄热箱体蓄热系统,以石蜡为相变材料,利用抛物槽真空管集热器产生的热水对尺寸为800 mm×60 mm×800 mm的薄壁式相变蓄热箱体进行蓄热,并对其放热过程热分层现象进行研究测试。对薄壁式相变蓄热箱体进行了温度和热流密度测点的布置,通过对壁面温度、内部温度和壁面热流密度的测试分析,得出了蓄热箱体具有热分层的现象,提出了应用建议。     

薄型干式地板辐射供暖系统实验研究

本文建立了双层铝箔薄型干式地板辐射供暖的实验系统和样板间,在供暖期间测试了连续供暖和间歇供暖模式下室内空气温度、地板表面温度和热流密度的变化规律,并与数值模拟结果进行了比较。研究表明:本文提出的薄型干式地板构造与常规湿式低温热水地板辐射供暖地板构造相比,可有效降低地板构造层厚度、减小楼板荷载、节约建造能耗;地板表面温度分布均匀,向下传热比例小,向下热流密度占总热流密度的18.13%;薄型干式地板的供暖预热期少于2 h,可实现间歇供暖且停暖后室内空气温度仍可达到17℃;实验测试结果与数值模拟结果在误差允许范围内较吻合,为新型薄型干式地板辐射供暖系统地板的设计和工程应用提供了参考和依据。     

南京市各工程地质层热物性及分布特征研究

地层的热物性是地埋管地源热泵系统设计和运行中最重要的参数,本文通过测试南京市100 m深度范围内土层的常规物理参数及热物性参数,得到了各工程地质层的含水率、孔隙比、干密度、导热系数、比热容等,各工程地质亚层平均导热系数分布在1.322~2.443 W·m^-1·K^-1之间,其中最大、最小值分别为②4e、②1b4工程地质亚层。分析了土体常规物理参数与热物性参数的相关性,黏性土导热系数随着含水率的增加而减小,随着干密度的增加而增大,随着孔隙比的增加而减小,并得到了黏性土导热系数与含水率、孔隙比、干密度相关性的经验公式,为地埋管地源热泵的设计提供基础数据和理论支持。     

基于DTS的土体分布式导热系数测试方法

土体导热系数的确定对地源热泵的优化设计起着至关重要的作用。为了获得更精细的土体导热系数,在常规热响应试验的基础上,引入分布式光纤测温系统(DTS),对换热孔的温度进行分布式测量,得到孔内竖直方向岩土初始地温分布和在热响应试验过程中换热孔温度分布及其随时间的变化情况,通过与热电阻温度传感器的对比,验证了DTS测温的准确性。在线热源传热模型的基础上,建立了以换热孔为线热源的传热模型。分别进行了双U型管和单U型管恒热流热响应测试,根据DTS监测的温度分布及其变化,得到了土体导热系数随深度的分布。与综合导热系数相比,分布式导热系数不仅精度满足要求,而且可以更精细地反映土体导热系数分布的不均匀性,对于地源热泵的优化设计和换热能力的评价具有重要的意义。     

热传导CPT探头的研发与应用

土体热导率是能源地下工程、高压电线埋设、冻土路基等工程设计中的重要参数,是评估土体换热性能及地下温度场计算的关键,但目前缺乏有效的原位测试手段。基于瞬时线热源温度消散理论,研发了可测试原位土体热导率的静力触探(CPT)探头。根据理论假设与现有CPT系统尺寸,确定了探头具体长度、直径、内部构造、温度采集点位,并提出相应测试步骤与热导率计算方法。利用COMSOL有限元分析软件对测试过程进行模拟验证,结果表明探头实际传热符合线热源假定,且计算方法适用于一般热导率土体。对于热导率较小(小于0.6 W/(m?K))土体,需适当延长测试时间。现场应用表明,土体原位热导率略高于取样土室内测试结果,表明取样扰动可能降低土体导热性能,最后对取样测试及工程设计提出改进建议。     

桩基螺旋地埋管换热器模型与换热性能研究

以线热源理论为基础,结合格林函数法中的持续热源法,建立了桩基螺旋地埋管换热器准三维模型,采用Matlab程序对模型进行编程计算。在设定条件下,分析了土壤热导率、土壤初始温度、螺旋地埋管螺距、桩基半径、管内流体流速对桩基螺旋地埋管换热器换热性能的影响。     

土体热传导性能及其热导率模型研究

为研究不同土体的热传导特性变化规律,利用热探针测试了南京地区典型土体在不同含水量和干密度状态下的热阻系数,分析了含水量、干密度、饱和度以及矿物成分等因素对土体热阻系数的影响,研究了不同状态下土体热导率的预测模型,提出了适用于不同地区土体热阻系数估算的修正系数.结果表明:南京地区典型土体的热阻系数随含水量和干密度增加而减小,当含水量超过一定范围后,热阻系数趋于稳定;热阻系数与饱和度之间的关系表现出与其含水量之间相似的变化规律;土颗粒的热传导特性由其矿物成分决定,石英含量对土颗粒热传导特性有着显著影响;提出了可用于非饱和土热导率估算的修正归一化模型,该模型对于粗粒土具有较高的预测精度,细粒土则需考虑区域差别进行修正.     

土壤源热泵岩土热物性测试的参数分析

钻孔周围岩土热导率、单位体积定压热容与钻孔内热阻是土壤源热泵地埋管换热器设计的主要参数。采用基于线热源理论的参数估计法计算岩土热物性参数,对理论值施加高斯噪声扰动得到不确定因素影响的模拟值。通过数量级比较和参数估计法处理理论值和模拟值,分析各参数间的相互影响。岩土的单位体积定压热容对钻孔周围岩土热导率的影响较小,钻孔周围岩土热导率对其他两个参数的影响较大。     

地源热泵U形竖直地埋管热响应试验及分析

以上海某工程为例,通过自主研发的测试装置,采用恒热流法分别对DN32单U形及DN25双U形竖直地埋管试验孔进行了热响应测试,得到了单位管长换热量及岩土的热物性参数,其中双U形管单位管长换热量比单U形管高约20％;双U形管导热系数比单U形管高约15％.建议在选择地埋管形式时应综合考虑场地地质条件、埋管单位管长换热量、管材及钻井难易等因素.     

绝热材料的优化设计

以热潮在多孔绝热材料中的传输理论为基础,综述和分析了热流与多孔绝热材料的相互作用,对影响绝热材料导热系数因素的分析表明,每一种绝热材料在特定温度下都有一个最佳体积密度、绝热 材料并非越轻其隔热性能就越好, 气孔尺寸对绝热材料在高温下的导热系数有非常大的影响,在高温状态下气孔尺寸的减小可使绝热材料的导热系数大幅度下降。纳米级绝热材料是建立在超低体积密度和超微细孔（小于50nm)结构基础上的,其导热系数可低于静止空气的导热系数。     

回填材料对土壤热泵U型埋管换热器性能的影响

本文以能量守恒和质量守恒为基础建立了土壤耦合热泵U型埋管换热器三维非稳态模型,重点研究了回填材料导热率对U型埋管换热器换热性能的影响。结果表明:强化换热型回填材料可以大幅度提高钻井换热器的换热能力,钻井的换热能力随着回填材料导热率的增加而不断提高,但回填材料导热率并非越高越好,而是应该稍高于钻井周围岩土层的导热率。