严寒地区跨季节空气-U形地埋管土壤蓄热特性模拟与实验验证

为了解决严寒地区长期使用地埋管地源热泵所引起的土壤温度逐年降低问题,提出利用现有设备实现跨季节空气-土壤蓄热思想,建立了室外空气换热器和竖直U形地埋管换热器的非稳态传热模型。分别对3种运行模式在4种埋深情况下的土壤蓄热特性进行了模拟分析。结果显示,蓄热能效比为8.1～17.0;经综合比较可知,采用50m埋深、第2种模式蓄热更加经济高效。通过实验验证了所建模型的正确性。     

埋深对地源热泵水平连接管夏季换热性能的影响

建立了接近实际情况的三维水平连接管模型,通过实验验证了该模型的准确性.利用该模型分析了埋深对水平连接管夏季换热性能的影响,结果显示,运行24 h后埋深0.5m和1.0m的水平连接管的出水管从土壤吸热,导致竖直地埋管出水温度经过水平连接管后升高;而埋深1.5m和2.0m的水平连接管的进水管和出水管均向土壤放热,且换热量比埋深0.5m和1.0m时大大提高,占整个换热器换热量的比例也相应提高.     

严寒地区岩土热响应试验与地埋管地源热泵系统应用

结合严寒地区某工程,建立了两口120m深U形竖直埋管试验井并进行热响应试验,利用Kelvin无限长线热源理论模型计算了岩土层热物性参数及地埋管换热器的换热能力,分析了地埋管换热器的热阻特性,得出了夏季直接取冷条件下的单井取冷量与冷水温度的关系,并给出空调方案。依据土壤热平衡、初始土壤温度、地埋管换热器的换热能力及全年负荷等因素,确定了太阳能结合土壤蓄热的地埋管地源热泵系统供热供冷方案。     

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。     

双U形地埋管换热器冬季周围土壤温度变化

建立了计算地埋管换热器周围土壤温度的数学模型。结合天津地区某实际工程,采用跟踪测试方法研究了冬季双U形地埋管换热器周围土壤温度的变化。深度为10m以下的土壤温度基本不受环境温度的影响。随着深度的增加,土壤原始温度逐渐升高,在深度为10～120m范围内,土壤原始平均温度为15．9℃。地埋管换热器冬季的热作用半径为1．5～2．5m。     

单U地埋管换热器分层模型夏季实验验证

本文以竖直单U地埋管换热器为对象,依托某一实际工程建立了分层换热模型,通过该工程的夏季工况测试数据对分层模型进行了验证。结果显示,模拟值与测试值相对误差均较小,模型具有较高的计算精度,可为竖直单U地埋管地源热泵研究与工程设计提供参考。     

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。     

武汉与重庆典型地质结构下的地埋管换热性能

地埋管地源热泵换热器的换热性能受到不同地质结构的影响。以武汉和重庆地区的典型地质构成为边界条件,建立了三维地埋管的单孔双U管换热模型,通过模型计算,获得了两种地质条件下的地埋管换热性能,以重庆地区的地源热泵热响应测试结果以及工程运行数据出发,对模型的计算结果进行了验证,结果表明,模型吻合度较好,可以应用于工程分析。以模型为条件,进行地质结构对换热性能的影响度分析,预测了两地地埋管地源热泵的换热性能并计算得到换热器的平均换热系数分别为武汉地区K1=1.65(W/m·K),重庆地区K2=1.51(W/m·K)。     

地埋管换热器换热性能影响因素的研究

分析了地埋管换热器的传热模型及适用条件,讨论了影响地埋管换热器换热性能的因素,包括土壤热物性、回填材料、地下水流动、土壤冻结、埋管之间的热干扰以及管内循环流速,总结了目前国内外研究的不足,并指出了下一步的研究方向.     

U型地埋管换热器的模拟研究

针对垂直U型地埋管换热模拟时边界条件的设置问题,建立地埋管换热器二维模型,在二维模型的平台上,分别对当量模型土壤导热系数λ值为0.0108、0.022、0.0287等三种情况进行了模拟,达到验证当量模型能够有效代替实际传热模型这一目的。另外还建立了地埋管换热器三维模型并进行模拟验证。结果表明本文建立的地埋管换热器当量模型非常适合应用于长期连续运行系统的模拟计算。     

忽略回填料与岩土热物性差异对桩基埋管换热计算的影响

桩基埋管换热器具有桩径大、埋深浅的特点,适用于桩基埋管特点的系列导热解析解模型被不断提出,但是该类模型均忽略了回填料与岩土热物性的差异。对于桩径较大的桩基埋管而言,较大的热物性差异将引起较大的计算误差。建立了区别回填料与岩土热物性差异的导热数值解模型,对比分析忽略热物性差异对桩基埋管换热计算的影响,研究表明:导热系数差异对桩基埋管长时间运行的换热热阻计算影响甚小;容积比热差异将引起桩基埋管较大的设计容量误差;桩径越大,热物性差异引起的计算误差越显著。     

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。     

中深层套管式地埋管换热器换热性能模拟研究

建立套管式地埋管换热器数值模型,采用FLUENT对制热工况下套管式地埋管换热器的换热性能进行模拟,研究运停比、岩土热导率、地温梯度等因素对单位钻孔深度换热量的影响。岩土热导率为2.5 W/(m·K),地温梯度为0.03℃/m条件下:不同运停比的单位钻孔深度换热量均随时间推移而下降。相同供暖期,单位钻孔深度换热量由大到小对应的运停比顺序为8∶16、12∶12、16∶8、24∶0。地温梯度为0.03℃/m,运停比为24∶0条件下:不同岩土热导率的单位钻孔深度换热量均随时间的推移而下降。相同供暖期,单位钻孔深度换热量随岩土热导率的增大而增大。岩土热导率为2.5 W/(m·K),运停比为24∶0条件下:不同地温梯度的单位钻孔深度换热量均随时间的推移而下降。相同供暖期,单位钻孔深度换热量随地温梯度的增大而增大。间歇运行可使岩土得到有效热恢复,增大地埋管换热器的换热能力。     

水平埋管换热器地热源热泵实验研究及传热模型

介绍了于1998年所建成的埋深分别为0.9m和1.8m的双层水平埋管地热源热泵系统，内容包括实验装置、换热器几何尺寸、测试仪表及测试数据的处理方法等，并用典型日分析了该系统的制冷和制热性能。同时，又对影响地热源热泵系统性能的诸多因素中的埋管尺寸及热泵运行方案等因素作了分析。另外，本文参考VC.Mei传热模型并根据热传导方程建立了水平埋管换热器传热模型。     

地源热泵双U型地埋热交换器的热分析

利用双U型地埋管换热器,地源热泵可实现地热供暖和土壤储存太阳能的同时进行.本文针对地源热泵平行布置的双U型换热器进行了热分析.对比不同运行工况及布置形式,通过对比之后可以得出引入回热之后,热泵循环U型管出口水的温度升高3～4℃.此外,回热循环位于外侧时,土壤中回热量相对较多.文中结果与已有的实验符合较好,所得结果可为地源热泵双U型地埋热交换器的推广和应用提供指导.     

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。     

单U和双U换热器地热井热响应测试与分析

对埋深分别为88 m和89 m的单U和双U型换热器地热井进行热响应测试,应用线源模型理论计算出两口测试井的土壤导热系数及钻孔热阻值,在保证测试仪向地热井输入恒定热流量的基础上,实测两地热井单位井深换热量分别为56 W/m和62 W/m,证明采用双U换热器的地热井传热特性要优于单U换热器地热井。