地源热泵间歇制热运行的试验研究

地下埋管内的水温主要与埋管换热器的长度、地下土壤温度、土壤的热物性及系统运行模式等因素有关.系统最佳运行模式对于地下温度场的恢复、系统运行优化以及减少埋管换热器的造价都有重要意义.文章通过人为控制机组的运行模式,探求连续运行及间歇运行模式下埋管换热器内水温变化规律,以期找到地下换热系统运行优化的最佳手段.     

土壤蓄冷与释冷过程的能量分析

在对土壤蓄冷系统冷量损失过程分析的基础上,提出了地下埋管换热器垫层冷量损失与温差传热冷量损失的概念,并建立了垫层冷量损失和温差传热冷量损失的计算模型;为衡量系统在运行期间地下埋管换热器管束系统的运行效率,建立了埋管换热器管束系统的平均释冷率模型。通过理论研究与模拟计算,分析了土壤初始温度、埋管间距及管束结构对土壤蓄冷系统冷量损失的影响,指出了土壤蓄冷系统冷量损失随土壤初始温度及埋管间距之间的变化规律,为土壤蓄冷系统地下埋管换热器的优化设计提供理论依据。     

一种新的土壤源热泵循环水温的确定方法

土壤源热泵技术使用日益广泛,然而地埋管换热器循环水温的确定方法不一,且只给出一定的选择范围,据此得到的温度差异较大,对系统的设计与运行有较大影响。针对工程中常用的竖直埋管换热器的经验公式算法,在总结现有循环水温确定方法的基础上,提出了一种基于经济性的循环水温的选择确定方法。对于具体工程,通过对现有范围内不同水温下系统初投资及年运行费用的构成进行分析,计算并比较生命周期内系统费用的折现值,从而确定经济循环水温,并保证系统综合经济性最佳。     

基于神经网络的地下埋管换热器优化模型

基于经典的Kelvin线热源模型和Kavanaugh圆柱源理论模型,运用负荷叠加、负荷阶跃、负荷累积的思想,结合人工神经网络建立了土壤源热泵系统地下埋管换热器仿真优化模型。与实验和理论已验证过的圆柱源理论模型的比较分析表明,地下埋管神经网络优化模型相对于传统的地下埋管解析解模型具有良好的计算精度和泛化能力,该模型应用于土壤源热泵系统的长期运行可以大大缩短计算时间,为土壤源热泵系统的优化及设计提供更有效率的模拟计算方法。     

地源热泵技术讲座(四)地埋管地源热泵系统

1 地埋管换热器的分析 (1)地埋管换热器的传热 地埋管地源热泵系统利用地埋管换热器与岩土体进行热交换.地埋管换热器设计是否合理,决定着系统的经济性和运行的可靠性.地埋管换热器由埋于地下的密闭循环管组构成.根据管路埋置方式不同,分为水平埋管和竖直埋管2种.水平埋管投资少、施工简单;竖直埋管占地少、换热性能稳定.竖直埋管的研究与应用远远多于水平埋管.     

垂直单U地埋管换热器进出口水温耦合特性分析

对某一土壤源热泵空调系统供暖期实测的垂直单U地埋管换热器进出口水温进行分析,总结了垂直单U地埋管换热器进出口水温的变化。利用MATLAB软件对垂直单U地埋管换热器进出口水温之间的耦合关系进行函数拟合分析,得到了垂直单U地埋管换热器出水温度随进水温度变化的函数关系式,其相关系数为0.975。运用该函数关系式结合实测的进水温度预测次年供暖期的出水温度值,将预测值与实测值进行比较,相对误差为±8.1%。证明了该函数关系式可用于预测未来每年供暖期的地埋管换热特性,并为类似地质及气候条件下的土壤源热泵系统的设计和运行预测提供参考依据。     

太阳能-土壤源热泵耦合系统及其地埋管系统

建立了太阳能-土壤源热泵耦合型热水系统实验平台,研究了在秋冬季不同运行条件下该系统的运行特性,分析了地下埋管系统中钻孔回填材料、U型管工作模式、套管内循环液流动模式、套管外管与内管的导热系数比等对系统制热效果的影响。研究表明,太阳能土壤源热泵系统在国内亚热带地区可以获得良好的应用,并给出了埋地换热器的合理形式。     

连续与间歇运行工况下地埋管换热器的换热特性研究

为了研究地埋管换热器在变负荷下连续运行与间歇运行的换热性能,基于有限长线热源渗流模型建立竖直地埋管钻孔外准三维非稳态传热模型,应用叠加原理计算钻孔群中钻孔壁温度场及地埋管内流体温度场。在存在地下水水平渗流的情况下,研究了变负荷连续运行模式下不同渗流速度、不同运行工况及不同钻孔位置对地埋管换热器的换热性能的影响。结果表明,在连续运行模式下,边缘位置的钻孔及较大的渗流速度能够增强地埋管换热器的换热性能;在间歇运行模式下,地埋管换热器的运行份额越小,其制冷效果越好,反之,制冷效果越差;在间歇运行工况下,土壤温度能在系统间歇期内得到一定程度的恢复,从而更好地提高地热能的利用率。     

集群地埋管换热器的传热分析

地源热泵技术在我国的应用绝大部分为竖埋管系统。地热换热器长期运行时,各个钻孔的换热会受到周围钻孔的影响,产生热干扰现象。基于有限长线热源模型以及地热换热器土壤温度计算程序,通过Mtatlab绘制出集群土壤温度分布云图。着重研究冬夏季负荷平衡时不同工况下的集群竖埋管土壤温度的简化计算方法。以无渗流矩阵形式布置的地下管群为例,采用埋管矩阵代替原地下管群进行传热分析。通过分析比较,认为在确定地质条件、埋管几何参数、负荷及运行条件等相同情况下,可以通过单根埋管的传热影响半径确定集群埋管传热矩阵,从而代替原集群埋管进行传热分析。     

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。     

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。     

地源热泵系统地中集热器的施工工艺

在地源热泵系统中，地中集热器的施工质量对于系统运行的作用是至关重要的。地中集热器的材料要求耐腐性好、承压能力强、接口密封性好、无泄漏点；能源井的制作要求垂直度好，能在较长时间内不坍塌；填料的回灌要保证密实，减少集热器与周围土壤的接触热阻。文章对地中集热器的施工做了分析，提出了保证系统完备性的施工方案。     

Optimization for operating modes based on simulation of seasonal underground thermal energy storage

A simulation was performed, which concerned the feasibility of seasonal underground thermal energy storage (UTES) in Tianjin, China. The investigated system consisted of 8 boreholes. In summer, residual solar thermal energy was emitted into the soil surrounding the borehole heat exchangers through which the stored energy was extracted in winter with a ground coupled heat pump (GCHP) to provide a proper heating temperature. A simulation study was performed to study the influence of system operation modes on thermal recovery based on the experimental data of a GCHP system, local meteorological conditions and soil properties in Tianjin. The results indicate a thermal recovery ratio of less than 67% and different temperature distributions under three modes. Finally, an operation mode was suggested based on both lower loss and better thermal recovery in the UTES. __________ Translated from Journal of North China Electric Power University, 2007, 34(2): 74–77 [译自: 华北电力大学学报]     

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.     

地质结构分层中地埋管换热特性研究

依托徐州某工程场地,分析分层地质结构体中地埋管的换热特征,提出应考虑地层结构指导地埋管埋深,并研究进水温度、循环水流速、运行方式与分层换热量的变化规律。结果表明,地层分层研究在分析钻井埋管深度设计方面具有优势,换热性能好的地层受循环介质温度、流速的影响变化最为显著;间歇性运行能有效提高地层换热量,换热性能好的地层增益效果佳。     

中深层地热Ｕ型井地埋管换热器的试验研究

地热能作为一种非碳基能源,具有储量丰富、清洁可再生等特点,开发利用地热能有助于碳达峰的实现。在中深层地源热泵领域,我国主要以单井同轴管为主,而相对高效的中深层地热U型井地埋管案例屈指可数。为了了解中深层地热U型井地埋管换热性能及井下换热参数变化,完成了新型的Ｕ型井地埋管换热器工程,并在此基础上进行了实验研究。首先,开展了地温测量,确定了研究区的地层温度,根据热储的物性条件选取了水平井段及对接位置;其次,分析空载循环试验工况下循环水的流量及井下温度的变化情况,研究了负载工况下供回水温度、流量、换热量、不同井段对换热的贡献率、井下温度的动态变化、U型井的恢复能力等因素。实验结果表明,中深层Ｕ型井地埋管换热器井底温度会随运行时间增长而降低,流量大且回水温度较低的情况下,换热器的换热量比较高,最高为1336.8kW;回水井对换热量的增加有限,每百米增加0.12℃,实际工程中可以考虑减小口径,降低建设费用。U型井地埋管换热器的地温恢复能力较强,停止运行24h左右井底温度与初始温度差为-13℃。研究结果有助于研究人员对中深层Ｕ型井地埋管换热器有更进一步的认识,从而推动中深层地热能的健康可持续发展。     

基于圆柱源理论模型的U型埋管换热器的模拟研究

分析了圆柱热源(热汇)理论模型,运用圆柱源理论对太阳能-土壤源联合运行热泵系统进行连续20d运行的状况进行模拟,得出联合运行模式较单独土壤源运行模式节能8%~10%,可为圆柱源理论模型应用和太阳能-土壤源热泵运行模式的选择提供参考。引入“负荷集合”思想对圆柱热源(热汇)理论模型进行改进,使其适合于对土壤源热泵的全年运行进行模拟,模拟过程更为快捷。     

埋地换热器理论模型与周围土壤温度数值模拟

提出内热源型埋地换热器理论模型，建立换热器周围土壤热湿传递物理数学模型。内热源模型综合考虑热湿迁移、土壤物性等各方面因素，将埋设于土壤中的换热器处理为等效内热源。采用专业多孔介质计算软件Autough2对模型进行模拟计算。着重模拟计算不同土壤物性、不同换热器运行方式对单根U型垂直埋管换热器周围土壤温度场影响的模拟计算与分析。     

地源热泵地下岩土热物性的测定方法

提出了可用于现场测量计算地下岩土综合热物性参数的方法。垂直埋设在地下的换热器与周围岩土换热过程可以近似地看作半无限大介质中常热流边界条件下的非稳态导热过程来处理。这种方法克服了其他常用研究模型对钻孔中埋管的具体位置、上升管及下降管之间的距离、换热器材料和回填材料的物性参数的要求,相应地消除了上述各个参数所带来的误差。通过测量地埋换热器的循环水流量、进出水口温度,加热器的加热功率等数据确定地下岩土综合的热物性参数。