无渗流条件下U形地埋管换热器能效特性研究

选取无穷远边界值,利用三维数值模型对无渗流条件下地埋管换热器传热过程进行动态模拟,研究了地埋管换热器能效系数的主要影响因素.结果表明,增大岩土体导热能力和埋设深度及适当减小管内流速能够提高地埋管换热器的能效系数,而加大支管间距仅能在较短换热时间内提升地埋管的换热能效;采用间歇运行模式,特别是小周期循环和较长时间温度恢复期,有利于提高地埋管换热器的能效系数;岩土体初始温度和地埋管进口温度的变化并不影响地埋管换热器的能效系数.     

复合式土壤源热泵地埋管换热器性能影响因素

以配置冷却塔的复合式土壤源热泵为研究对象,建立了地埋管换热器简化计算模型。分析了地埋管换热器管内水流量、进水温度、土壤初始温度、地埋管连接形式对其性能的影响。探讨了地埋管换热器与冷却塔的联合工作特性。     

四川绵阳某高校地源热泵地埋管换热特性研究

对绵阳某高校的土壤热物性参数进行了测试,并利用实测数据验证了数值模型的可靠性。建立了单U型和双U型地埋管的传热模型,并对地埋管换热特性进行了数值模拟,得到了进水温度、进水流速、钻井深度、回填料导热系数、土壤初始温度等因素对地埋管换热器换热性能的影响规律。结果表明:双U型地埋管的单位井深换热量、总换热量和能效系数较单U型地埋管高,但供回水温差较小;地埋管内水流流速与换热量及系统阻力直接相关,建议取0.4~0.8 m/s为宜。     

地埋管换热器添加防冻液对工程设计的影响

本文主要研究了添加防冻液对地埋管换热器的换热性能及流动阻力的影响,采用实验结合理论分析的方法,分析了不同浓度的乙二醇水溶液在不同埋管进水温度下的换热及阻力特性,给出了管道添加防冻液的流量和阻力修正系数,进而对地埋管低温工况下的工程设计提供参考。     

中深层套管式地埋管地源热泵系统能效分析

中深层套管式地埋管地源热泵系统的能效受多种因素影响,为保证其高效运行,对其影响因素进行研究尤为重要。本文建立了中深层套管式地埋管地源热泵系统换热器传热模型,采用工程实测数据验证该模型的准确性。基于该模型,量化了一个供暖期内多种因素对系统能效的影响。结果表明：进口水温和岩土导热系数对系统能效具有重要影响,回填材料导热系数对其影响较小;增大循环流量会提高取热功率,但系统能效也随之降低,当循环流量由8.33 kg/s增大至10.56 kg/s时,取热功率提升4.95%,能效下降1.23%;增大外管管径、岩土和回填材料的导热系数能够提升系统能效,但达到一定数值后,对能效提升效果不显著。本研究对中深层套管式地埋管地源热泵系统长期稳定运行及能效提升具有参考意义。     

地埋管换热器设计参数对系统能效影响及优化分析

以典型办公建筑全年动态负荷为依据,对严寒地区土壤源热泵系统地埋管换热器设计参数对系统能效的影响进行研究。研究结果表明,增大地埋管换热器间距有利于提高系统运行可靠性,在换热能力不变的前提下增大地埋管换热器埋深,有利于土壤温度稳定,降低对土壤的热干扰。     

地下水渗流对地埋管换热器传热效率的影响

基于垂直单U型地埋管换热器的实际形状,建立了三维非稳态地下水渗流传热模型,分析了夏季工况下地下水渗流速度、渗流温度、地埋管进水温度以及管内流速对地埋管换热效率的影响。引入换热效率系数来量化地下水渗流对地埋管换热能力的影响程度。结果表明:考虑地下水的渗流可以有效的强化换热效率,对地埋管的传热影响显著;增大地下水渗流速度和减小渗流温度可加强地埋管的换热能力;选取合适的地埋管进水流速可降低系统能耗,增加换热量;根据不同的空调房间负荷,合理设计地埋管进水温度能保证热泵主机的高效运行。     

基于换热能效度的竖直地埋管埋设深度设计

根据地埋管传热特性,提出了地埋管换热能效度概念.建立了竖直地埋管换热器的三维传热模型,模拟计算了地埋管换热器能效度在不同埋设深度条件下的分布.揭示了区段能效度的迁移特性,将地埋管换热区域沿埋设深度范围分为无效换热区域和有效换热区域,并给出了基于换热能效度的地埋管换热器长度设计方法.     

竖直地埋管价值系数的计算方法及其应用

本文提出了一种用于竖直地埋管换热器的价值系数计算方法。针对某实际地源热泵工程,使用地埋管换热器价值系数计算方法对U型地埋管换热器设计方案进行了价值系数计算,并讨论了钻孔费用对设计方案价值系数和地埋管换热器U型管选型的影响。分析和计算表明,地埋管换热器的方案价值系数同钻孔设计深度和孔数有较大的联系。工程上人为设定钻孔深度和数目会影响到地埋管换热器的技术经济价值。在深的钻孔和好的传热条件下,采用双U管或大管径会改善地埋管换热器设计方案的经济性。     

套管式地埋管换热器温度分布及换热性能计算

在设定钻孔壁温度均匀且不随时间改变的前提下,建立两种循环水流动方式下(外进内出:循环水由外管流进,内管流出;内进外出:循环水由内管流进,外管流出)的套管式地埋管换热器(以下简称换热器)稳态换热模型,采用解析法计算环形流道、内管循环水沿程温度。将换热器能效、换热流量作为评价指标,分析换热器换热能力的影响因素。在供冷工况下,得到以下结论:虽然两种流动方式的循环水沿程温度分布不同,但换热器出口循环水温度相同。设定参数条件下,采用内进外出流动方式,内管内循环水在下降过程中温度逐渐降低,环形流道内循环水在上升过程中温度也逐渐降低。采用外进内出流动方式,环形流道内循环水在下降过程中温度逐渐降低,而内管内循环水在上升过程中温度逐渐升高。虽然外进内出、内进外出流动方式的环形流道与内管间均存在热短路现象,但外进内出流动方式的热短路现象更加明显。增大内管壁热导率,使两种流动方式的热短路现象明显增强。增大外管壁热导率,有利于改善两种流动方式的热短路情况。其他参数不变的情况下,换热器进出口循环水温差、能效、换热流量均随钻孔深度的增大而增大。其他参数不变的情况下,换热器进出口循环水温差随循环水质量流量的增大而逐渐降低;能效随循环水质量流量的增大而减小,并趋于稳定;换热流量随循环水质量流量的增大而增大,但增速逐渐放缓。其他参数不变的情况下,换热器进出口循环水温差随外管壁热导率的增大先迅速增大,然后趋于稳定。其他参数不变的情况下,换热器进出口循环水温差随内管壁热导率的增大先迅速减小,然后趋于稳定。能效、换热流量的变化情况与套管式地埋管换热器进出口循环水温差随内外管壁热导率的变化情况一致。     

冻土层中水平埋管换热器换热特性的数值分析

寒冷地区冻土层对地源热泵水平埋管换热器(GHE)的换热特性产生重要影响。根据冻土层换热特点建立了一种简化传热模型,对水平埋管周围土壤瞬态温度分布进行了模拟计算,分析了冻土层冻结和土壤含水率对GHE热损失的影响。计算结果表明,土壤冻结情况GHE的传热损失相对于非冻土情况下增大。进液管热损失随着土壤中含水量的增加先减小后增加,回液管热损失逐渐减小,GHE总热损失减小。计算结果与国家标准"地源热泵系统技术规"(GB 503662-2005)中对水平埋管的埋深规定相吻合。     

地埋管换热器传热模型的回顾与改进

回顾了国内外关于地埋管换热器的设计计算理论、传热模型及其计算方法,发现几乎所有的模型都未考虑地下水渗流的影响。举例说明地下水流动对地埋管换热器有较大的影响,建立了考虑热传导和地下水流动共同作用的地埋管换热器的传热模型,并且对单井地埋管进行了初步分析,结果表明地下水渗流能增强盘管的换热能力。     

制热工况下地埋管周围土壤的热湿迁移试验研究

基于实际工程建立了地源热泵空调系统运行过程的岩土体原位观测站,实现系统运行状况和换热过程中岩土体温度变化、水分迁移的实时监测,通过冬季工况运行试验,揭示地源热泵运行过程中土体的热湿迁移效应。研究结果表明:冬季工况下该地源热泵空调系统的机组性能系数COP为3.58,具有良好的制热效果;土壤温度场的变化受地埋管热交换和大气环境变化两个因素的影响,但二者的影响范围及程度有所区别;土壤温度场的变化幅度随着与地埋管距离的增加而递减,竖埋管热作用的影响半径约2.0 m左右,水平埋管热作用的影响半径约1.0 m左右;地埋管热交换对土壤湿度场的影响不显著,但大气降雨引起的地表水入渗和地下水位的变迁对土壤湿度场变化有明显影响。     

不同回填材料下地埋管换热器性能的实验研究

实验研究了原土(粉细砂)和中粗砂回填条件下双U形地埋管换热器的传热性能,获得了换热量随管内流体平均温度的实测变化曲线。结果表明,换热量与流体平均温度之间呈线性变化规律,在地埋换热器工作温度范围内,中粗砂回填时的换热量比粉细砂回填时高约10%(取热工况)和6%(排热工况)。建议在选择回填材料时,应在考虑其对地埋管换热器传热特性影响的基础上,进一步考虑其经济性。     

相变热回收式通风装置的研发及性能测试研究

随着建筑节能标准的提高,建筑外窗气密性要求不断提高。靠门窗渗透的自然通风量已不能满足室内空气质量的要求。采用机械通风的方式引入新风也存在着通风量的大小及通风模式会影响建筑节能的问题。为此,将相变蓄能技术应用于民用建筑的机械通风系统,研发出一种相变热回收式通风装置,以更好地解决室内空气质量和节能问题。所研发装置利用相变材料的蓄、放热性能,通过交替运行的通风模式,以及通风装置的不断循环,实现无管道式的相变热回收式建筑通风系统。主要采用实验研究的方法,在人工气候室内对研发样机进行了2个蓄、放热周期(4种工况)的测试研究。结果表明,相变热回收式通风装置的进口温度恒定、出口温度随时间不断变化,不同时间阶段呈现不同的变化趋势。第一时间阶段,即初始阶段,出口温度随时间变化剧烈,表明相变蓄能装置进入相变阶段,相变潜热量不断增大。第二时间阶段,即相变阶段,出口温度随时间呈线性变化,表明相变蓄能装置温度恒定,与空气流体发生稳定的相变传热。第三时间阶段,即完成阶段,出口温度变化小,基本接近进口温度,表明相变蓄能装置相变结束。从相变传热机理进行分析,固-液相变传热过程主要包括液态显热蓄(放)热、相变潜热蓄(放)热和固态显热(蓄)放热3个阶段,实验过程中出口温度随时间变化呈现出的几个时间阶段的不同规律,与相变传热机理有关联且相互对应。相变热回收式通风装置的风量恒定、不同进口温度工况下的对比数据表明,进口温度与相变温度的温差越大,初始阶段的出口温度变化越剧烈,相变阶段的出口温度线性变化率越大,且蓄、放热效率越高。进口温度与相变温度的温差约17℃时,蓄、放热效率分别达到56.2%(蓄)、50.8%(放)。     

太阳能辅助地源热泵供热运行特性研究

介绍了太阳能辅助地源热泵,对其各装置性能进行了研究。分析了地下埋管换热器进出口水温及有、无蓄热水箱对太阳能辅助地源热泵性能的影响。太阳能辅助地源热泵制热性能系数随地下埋管换热器进口水温的升高呈下降趋势,随其出口水温的升高呈上升趋势。随地下埋管换热器出口水温升高,蒸发器传热量增大。当太阳能辅助地源热泵中无蓄热水箱时太阳能集热器的瞬时集热效率高于有蓄热水箱时的瞬时集热效率。就总体效果而言,有蓄热水箱要优于无蓄热水箱,这样可使地源热泵运行更加稳定。     

热管型双效溴化锂机组热管换热器的影响因素

分析了热管型双效溴化锂吸收式冷热水机组中的分离式热管换热器的工作原理,对影响分离式热管换热器性能的因素进行了研究。在烟气出口温度一定的前提下,较高的烟气进口温度可减少分离式热管换热器的传热面积,降低造价,但受到热管工作温度的限制,应控制烟气进口温度。在热管几何参数不变的情况下,烟气进口温度对分离式热管换热器的传热系数影响很小,因此为提高传热系数,应优化其结构。虽然较低的高压发生器溴化锂溶液进出口温度可减少分离式热管换热器的换热面积,但会使双效溴化锂吸收式冷热水机组的性能系数有所下降。     

槽式太阳能集热器聚光面能流分布及传热特性

本文运用蒙特卡罗光线追踪法模拟了LS-2型槽式太阳能集热系统的聚光特性,并以此为边界条件,进一步研究传热工质为THERMINOL55合成导热油时该集热器内管壁和管内流体的温度分布特性和传热特性。结果表明,管壁和管内流体温度分布十分不均匀。并考察了不同导热油以及导热油的流速对传热效率的影响工质流速对管壁温度分布影响较大,当太阳直射辐照为1000 W/m^2,导热油入口温度为160℃,流速为0.05 m/s时,吸热管圆周方向最大温差为235℃左右,当流速增加到0.05 m/s时,最大温差减小到142℃左右。     

关于垂直U型岩土换热器热屏障的研究

旨在研究垂直单U岩土换热器的热屏障作用对其换热性能的影响。以层换热理论模型为依据,以垂直单U换热器的运行数据为支撑,分别从时间、进水温度变化以及负荷特征等方面分析研究饱和换热层热屏障作用的形成机理,以及各因素对热屏障作用的影响。从换热孔深度和连续运行时间两个方面分析热屏障对岩土换热器换热效果的负面作用。研究证明:系统运行时间、进出水温度和负荷特性均对换热性能有较大影响;突破热屏障作用的技术关键是出水管的保温隔热,保证下行换热管的传热系数远远大于上行换热管。