地源热泵系统地下换热器设计讨论

讨论了地源热泵地下埋管换热器设计中的岩土的热物性参数确定、垂直竖井的回填料、岩土冻结对埋管换热器传热的影响、埋管形式、埋管深度、地下埋管系统环路方式、埋管材料、埋管间距、埋管内工作流体以及地下岩土热平衡等问题。     

垂直地埋换热器非饱和岩土温度场分析

垂直地埋管换热器周围非饱和土壤的特性对埋管换热具有重要影响,目前地埋管换热器设计中多假设岩土为均匀介质,并未深入考虑非饱和岩土对埋管换热的影响。基于岩土的非饱和特性,通过数值模拟,对比分析岩土非饱和特性下温度响应的变化,为地埋管换热器设计提供更为准确模型。     

竖直单U形地埋管换热器单因素敏感性分析

基于竖直单U形地埋管换热器的热渗耦合传热模型,分析了岩土导热系数、岩土体积热容、岩土孔隙率、原始地温、地下水渗流速度、埋管深度、管内流体流量、地埋管进口水温及运行模式等因素对地埋管换热器换热性能的影响。进行了单因素回归分析,拟合得到了单位井深换热量及地埋管出口水温与各个参数的回归方程。     

基于MCGS的岩土热物性测试系统

根据传热学基本原理及地下埋管换热器模型,研制了一套基于MCGS的岩土热物性测试设备,对既有的地源热泵实验室地埋管换热器进行现场实测,得到了实验室所在地的岩土热物性参数。     

竖直地埋管换热器在地下工程中的应用研究

竖直地埋管换热器替代冷却塔用于地下工程中,有利于工程防护能力和能源效率的提高。探讨了地埋管换热器在地下工程中的应用形式,包括与冷热源和末端的联合使用;基于地下工程的负荷特点和时间特性及山区岩土体的特性,探讨了地埋管换热器的适用性,结果表明地下工程的热负荷特性有利于地埋管换热器周围温度场的恢复,岩土体较大的导热系数和渗流的存在有利于换热效率的提高;分析了地埋管换热器使用可能导致的热红外暴露问题,提出采用表面覆土的方法来解决这一问题,建议覆土厚度为2m。     

渗流作用下U型垂直地埋管换热器工程设计与应用

以南昌某地源热泵工程为例,阐述了地埋管管群在地下水渗流作用下的设计计算方法,利用Visual Basic.NET与Matlab语言混合编程进行地埋管换热器设计计算。结果表明地下水渗流的存在不一定能强化地埋管换热器的传热,当地下水渗流速度低、岩土孔隙率大时不利于地埋管散热,而当贝克利数数大、岩土等效导热系数高时有利于地埋管散热。     

中深层套管式埋管换热性能的研究

地源热泵系统由于节能环保的优势广受关注。相较于传统的浅层地埋管换热器,中深层地埋管换热器具有单位面积取热量大、取热稳定等优势。本文建立了中深层套管式地埋管换热器的数值传热模型,对不同钻孔深度、岩土层导热系数、大地热流密度下,套管式地埋管换热器的换热性能进行了研究。并得出如下结论:加深钻井深度、岩土层导热系数分层递增、在土层导热系数分层递增的情况下大地热流密度越大,均能使得套管式地埋管换热器换热性能越好。研究结论可以为提高中深层地埋管地源热泵系统的换热性能提供一定参考价值和指导意义。     

地埋管钻孔回填材料与工艺

回填是地埋管换热器施工过程中的重要环节，是在钻孔完毕、下完U型管后，向钻孔中注入回填材料。它介于地埋管换热器的埋管与钻孔壁之间，用来增强埋管与周围岩土的换热，同时也起到密封钻孔的作用，防止地面水通过钻孔向地下渗透，以保护地下水不受地表污染物的污染，并防止地下各个含水层之间的交叉污染。     

基于层换热理论的竖直地埋管换热器设计方法

建立了地源热泵竖直地埋管换热器的三维传热温度场数学模型,模拟计算了不同季节不同工况下地埋管换热器内的水温分布。提出了层换热理论,竖直地埋管换热器及其周围岩土可以分为三个换热层——饱和换热层、换热层、未换热层。通过实测验证了该层换热理论。介绍了地埋管换热器埋深的确定、出水管的保温及流量的确定等。     

两种地质气候条件对岩土换热器的影响

建立了地源热泵岩土换热器的简易数理模型，计算分析了竖直埋管的岩土换热器性能，并在重庆和上海两地进行了岩土换热器试验，发现短期运行参数与实验数据一致，长期连续运行性能参数小于实际值。计算分析和试验结果表明，岩土性能及由年平均温度决定的岩土原始温度对岩土换热器性能有显著影响。在砂岩中设置的换热器比沉积土中的性能好。岩土原始温度越低，换热器夏季的换热性能越强。综合考虑地质气候条件，上海、重庆两地都具有采用岩土换热器且建地源热泵的可行性。     

地源热泵不同地源换热器的传热性能比较

本文针对地源热泵的核心技术问题,介绍了对两种典型地源换热器的散热试验研究:粉质粘土中的垂直单U管、地表水中的水平单U管。研究发现,两种换热器的传热性能差别很大。从开始试验到循环水温度稳定所需要的过渡时间上,地表水换热器比粉质粘土埋管型换热器要快得多。从传热能力来看,地表水换热器的单位管长换热量比粉质粘土垂直单U管要大。     

地源热泵系统地下埋管换热器设计(2)

讨论了地下埋管系统环路方式、埋管材料、埋管间距、埋管内工作流体的确定以及地下岩土热平衡的维持等问题。     

地埋管地源热泵中长期数值模拟的土壤内热源法

在分析常规地埋管地源热泵中长期数值模拟方法——管群换热模拟法的基础上,提出了新的模拟方法——土壤内热源法.模拟结果表明,在内热源法网格数仅为管群换热模拟法网格数1/8的情况下,两者在中长期运行工况下的土壤温度场变化及埋管区域年温升变化基本相同,采用内热源法可以大大简化计算过程,缩短计算时间.     

蓄热式换热器周期性换热过程的性能分析

针对暖通空调涉及的周期性换热过程(如相变地板、夜间通风、地埋管换热等)进行分析.周期性换热过程可视为等效冷源与等效热源之间非同时的换热过程,地板、土壤等中间媒介起蓄能和间接换热的作用.提出了整个换热过程的热阻分析方法,认为换热量由取热阶段流体与中间媒介表面换热过程、放热阶段流体与中间媒介表面换热过程及中间媒介自身导热过程三方面的热阻决定.计算得到地板白天蓄热夜间放热过程、夜间通风蓄冷过程、地埋管以年为周期的换热过程中,三部分热阻所占比例,分析了蓄热性能的制约因素,为蓄热式换热系统的设计与优化提供参考.     

浅层岩土蓄能加浅层地温能才是地源热泵可持续利用的低温热源

当前对地源热泵低温热源的认识存在分歧,并有将浅层地能资源化的趋势.通过对土壤源热泵低温热源认识过程的回顾,结合我国地源热泵发展的实际情况,提出了浅层岩土蓄能加浅层地温能才是地源热泵可持续利用低温热源的观点.认为应基于浅层岩土层储能的思路去研究和发展地源热泵.根据冬季供热的需要和当地的地质构造决定夏季的蓄热量,并采用先进技术保证热能蓄存.     

土壤温度场对竖直U形地埋管换热性能的影响

对广州地区地下50 m以内土壤温度分布进行了模拟,研究了土壤温度的分布特性和变化规律,模拟了冬季工况下埋管区域土壤温度场的分布情况,分析了动态负荷分布对地埋管换热性能的影响.     

地源热泵地埋管换热器传热研究(2):传热过程的完全数学描述

建立了管内流体换热和土壤换热的耦合模型,并在此基础上建立了与地面热泵模型耦合的地源热泵系统仿真模型.给出了边界条件和计算参数的确定方法,计算参数包括:流体与管内壁面的表面传热系数、地面的表面传热系数、大气温度、不同埋深土壤温度、多孔介质土壤有效导热系数.