地埋管换热器布置形式对土壤平均温度的影响

在使用土壤源热泵的系统中,因地埋管布置形式的不同,土壤源热泵系统对地下温度场的影响也不同。结合Fluent与TRNSYS模拟软件,在排除管群之间热作用影响的条件下,从钻孔间距、钻孔数量、钻孔深度这些影响因素出发,研究土壤源热泵系统运行1a后土壤温度场的分布情况。结果表明:改变钻孔间距对土壤平均温度的影响要大于改变钻孔数量以及钻孔深度。     

地源热泵系统非平衡冷热负荷运行特性研究

建立地埋管传热模型和系统能耗模型,对非平衡冷热负荷条件下地源热泵系统运行特性进行模拟计算。当建筑空调冷负荷大于热负荷,且供冷时间较长时,地源热泵系统从冬季初始运行,到达夏季时段,地温比夏季初始运行低,更加有利于夏季地源热泵系统节能。地源热泵系统运行7a后,采取夏季和冬季初始运行两种方案的地埋管钻孔壁年平均温度与土壤初始温度相比,分别上升3.10和5.12℃,导致机组耗功率逐年增加,应考虑采用复合式地源热泵系统间歇运行或增设地埋管设置分区运行策略,平衡土壤传热量。     

基于TRNSYS的严寒地区土壤源热泵系统性能研究

研究严寒地区土壤源热泵系统的运行特性,旨在提高土壤源热泵系统运行效率,保证土壤源热泵系统持续高效稳定的运行。利用TRNSYS软件搭建土壤源热泵系统模型,对土壤源热泵系统进行了30年的运行分析,分析影响系统热平衡的主要因素,并研究埋管间距、埋管深度等因素对土壤温度变化的影响。结果表明,在严寒地区,建筑累计负荷是影响系统热平衡的主要因素,当建筑累计热负荷与建筑累计冷负荷达到一定比值时,系统将达到热平衡状态。钻孔间距、钻孔深度对土壤温度变化有一定影响,增大钻孔间距、增加钻孔深度可以减少土壤温度变化幅度。     

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。     

地埋管流体速度对地源热泵系统运行性能影响研究北大核心CSCD

文章综合考虑热泵机组和埋管侧循环水泵总的运行能耗,建立了地源热泵系统耦合仿真平台,研究了不同地埋管换热流体速度对系统运行性能的影响,并进一步分析了不同因素对最佳运行流速的影响规律。研究结果表明,系统最佳运行流速为0.2~0.4 m/s,与0.6 m/s相比,系统全年运行能耗至少可降低7.2%~8.5%。土壤的热导率和比热容、管间距、回填材料以及管壁粗糙度和水泵效率基本不影响最佳运行流速范围。随着压缩机整体效率提高,最佳运行流速降低0.2~0.3 m/s,系统年运行能耗进一步降低了10.7%~11.7%。     

钻孔深度对地源热泵系统性能的影响

通过TRNSYS软件建立地源热泵系统仿真模型,在综合考虑不同钻孔深度下的钻孔数量、单孔流量及建筑物逐时负荷的基础上,对比分析不同钻孔深度下,系统运行能耗、地埋管换热器初投资及占地面积。研究表明,钻孔深度低于300 m时,钻孔数量随钻孔深度的增加而明显减小,高于300 m时,钻孔数量基本不变;长期运行,土壤温度随钻孔深度的增加而先增后减;地埋管换热器初投资随钻孔深度的增加而增加;钻孔深度100 m时系统冬夏季运行能耗最低,总运行能耗最低,故可优先选择钻孔深度为100 m,当地表面积有限时,可选择钻孔深度为150 m甚至是200 m;将系统运行能耗、地埋管换热器初投资占地面积与钻孔深度间的关系拟合为公式,并提出确定钻孔深度的方法。     

超低能耗建筑中土壤源热泵系统的应用分析

在分析现行节能标准建筑与超低能耗建筑冷热负荷的基础上,对比北京某办公建筑在现行节能标准建筑与超低能耗建筑标准下的负荷差异,相对现阶段节能标准建筑,建筑热负荷大幅减小,冷负荷则变化不大,同时负荷分布更均匀。通过Fluent软件模拟北京地区在设计工况下单孔地埋管换热器运行30 d的运行性能。最后,在超低能耗建筑标准下,采用TRNSYS软件模拟土壤源热泵时机组的相关性能参数。随后通过TRNSYS模拟比较不同钻孔深度与钻孔间距时土壤源热泵系统性能差异。     

土壤源热泵与太阳能采暖耦合系统土壤热响应研究

针对土壤源热泵和太阳能跨季蓄热优化匹配问题,在土壤全年热平衡基础上,建立土壤热过程数学模型。通过数值计算,分析土壤沿径向和轴向的热响应规律以及土壤在不同蓄热量和热流量下的周期热响应特性。研究表明:土壤温度在每个季节的前10天波动最大;系统运行一个年周期后土壤热作用半径约为2.5 m,钻孔间距宜设为5 m;夏、秋、冬、春季热流比例为4.5∶1∶-4∶0时,土壤温度几乎完全恢复;在土壤蓄、释热比例保持不变的前提下,钻孔与土壤换热量的变化对土壤温度恢复速率的影响不大。     

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。     

混和型地源热泵系统运行特性试验研究

介绍了自主设计实施的土壤换热器与冷却塔并联以及土壤源与空气源并联的两种混合型地源热泵系统,并对两种混合型地源热泵系统的运行特性进行了实验研究。实验采用单因素实验方法,研究了热水温度、循环水泵功率、环境温度对不同混合型地源热泵系统制热能效比的影响,提出了系统在不同工况下的合理运行方式。     

多钻孔竖直U型埋管换热器传热研究

以地源热泵地下U型埋管四钻孔换热器为研究对象,利用有限元计算方法,编制程序,模拟分析了系统运行时间及钻孔顺序排列和交叉排列时钻孔间距和布置形式对土壤温度场的影响。结果表明:随着运行时间的增长,热干扰现象越强烈,热干扰主要发生在钻孔之间,在两钻孔中间影响最大;从土壤能源利用均衡性角度来讲钻孔交叉排列的形式优于顺序排列的形式。     

混合式地源热泵系统间歇运行研究

利用Fluent软件建立混合式地源热泵系统模型,对武汉地区办公建筑的混合式地源热泵系统进行数值模拟,比较连续运行和2种间歇运行工况下的系统能耗,以期找到既减少能耗又有利于土壤温度场恢复的间歇运行工况。     

地源热泵系统地埋管群分区运行控制策略研究

通过建立地埋管传热模型和变频水泵能耗模型,对不同地埋管群分区运行控制策略下对应的钻孔壁温、出水温度和能耗进行模拟计算。结果表明:地源热泵系统地埋管群采用分区运行控制策略钻孔壁温和出水温度恢复较好,采用负荷控制策略时的节能率关系为:75%负荷率50%负荷率25%负荷率;采用时间控制策略时的节能率关系为:下午时段中午时段上午时段;采用水温控制策略时的节能率关系为:出水29℃出水30℃出水28℃;采用分区运行控制策略节能率均可达到20%,高于地源侧系统变流量运行控制策略。     

竖直埋管换热器热响应半径简化计算方法

基于半无限空间均匀介质线热源传热模型,在大量数值计算分析基础上,提出竖直埋管换热器热响应半径的简化计算方法。计算方法考虑了土壤热物性、系统运行时间和钻孔布置方式等因素。计算结果表明,对于钻孔单排、双排和多排布置情况下,本文方法的计算结果与理论解之间最大相对误差分别为3.51%、2.96%和2.76%,满足工程要求。针对实际地源热泵系统运行时常根据需要采用昼夜和季节间歇运行工况的情况,给出系统运行时间的计算方法。为便于工程应用,分别计算单排、双排和多排(三排以上)钻孔布置方式下不同岩土介质竖直埋管换热器热响应半径随时间的变化曲线,绘制出计算图表,为工程应用提供理论依据和方法。     

基于冷却塔逆用的缓解土壤冷堆积研究

土壤源热泵系统单独长期运行导致产生土壤冷堆积,为此分析了土壤冷堆积产生的原因,以及近年来解决土壤冷堆积的一些研究方法。提出将冷却塔逆用与土壤源热泵联合运行,满足室内冷热负荷要求,使温度较低的地下水与环境中温度较高的空气进行换热,地下水升温后送回地下,以缓解北方地区土壤冷堆积问题;同时亦可在一定程度上改善局部热环境,并对冷却塔逆用进行了经济性分析。     

土壤源热泵在地下工程中空调工况运行实验研究

以华东地区某地下工程中的土壤源热泵系统综合实验平台为研究对象,通过实验研究的方法,对地埋管地源热泵在夏季对地下工程中的典型大余热房间供冷运行特性进行测试。实验结果表明:地埋管地源热泵在华东地区地下工程运行的启动时间约为12 h,其单位埋管放热量为41 W/m。系统运行初期,地下土壤温度上升速度最快,上升幅度随土壤深度的增加而减小。系统运行时间越长,土壤恢复能力越差。测点土壤不同深度温度恢复能力不同,主要受当地地层结构影响。研究成果为土壤源热泵系统在地下工程的应用及运行管理提供参考。     

热泵间歇制热及土壤热响应特性的研究

研究了广东地区地源热泵机组间歇式运行模式下埋地管换热器的换热能力及土壤热响应特性。土壤源热泵系统的单U、双U埋地管换热器深30m,在连续运行工况下,系统运行12h后土壤温度变化很小,单U和双U井的土壤平均温度分别下降5.16℃和6.30℃,系统停机后自然恢复到初始温度需要长达75h。分别取开停时间比3h:5h和4h:5h进行实验,并比较了间歇和连续两种工况下地埋管换热能力的大小,发现间歇工况下单U井的换热能力可分别提高8.3%和7.6%,双U井可分别提高10.2%和3.1%。     

基于负荷域法的严寒地区土壤源热泵系统运行策略研究

本文基于负荷域法,以地下空间土壤温变特性为依据,对严寒地区土壤源热泵系统运行策略进行研究。研究结果表明,以本文选取的案例采用负荷域法运行策略的工况4运行10年后,土壤温度与初始地温相比,上升了1.78℃,升幅为20.9%。可见采用负荷域法运行策略可以有效控制热泵系统运行对地下空间热环境的影响,显著提高土壤源热泵系统的可靠性。     

地源热泵制冷运行特性实验研究

采用实验的方法分别研究上海市松江区地源热泵机组制冷工况连续运行特性和间歇运行特性。实验结果表明,在72 h实验运行时间内,地源热泵机组制冷工况间歇运行模式,3口90 m地埋管井换热量平均值为15.68 k W,钻孔导热系数Kb平均值为3.09,与连续运行模式相比分别提高2.4%、12.3%。同时,热泵机组制冷性能系数与连续运行模式相比提高4.1%。地源热泵间歇运行模式可有效改变土壤温升率,最大限度地发挥地下埋管的换热能力,保证地源热泵机组长时间高效运行。     

地源热泵运行工况参数确定方法研究

地源热泵项目在国内应用日益广泛,传统的地源热泵运行工况参数确定方法大多计算复杂,在工程应用中有诸多不便。文中提出了基于季节能效比的地源热泵运行工况参数确定方法,将地源热泵系统与传统空调冷热源系统的能耗进行比较,再确定地源热泵地埋管系统的合理设计工况参数,保证了地源热泵系统设计的节能性及应用的便捷性。