地埋管换热器形式、管径及岩土温度对其换热性能的影响

建立了单U形与双U形地埋管换热器的三维数学模型。对外径25mm与32mm的单U形与双U形地埋管换热器换热性能的模拟研究表明,相同管径双U形地埋管换热器比单U形地埋管换热器换热量提高20%左右,但外径25mm的单U形地埋管换热器可以获得更大的进出口温差;对于双U形地埋管换热器,外径32mm与25mm相比,换热性能无明显优势;工程应用中,在地埋管用地面积充足时,建议选用外径25mm的单U形地埋管换热器,否则应选用外径25mm的双U形地埋管换热器;岩土温度每升高1℃,出口水温升高0.23℃,换热量下降5%左右。     

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。     

上海地区地源热泵单U型地埋管运行特性研究

在上海地区建立单U型地埋管地源热泵实验台,分别在典型供冷供热工况下进行实验。实验主要分析了地源热泵运行时地埋管周围不同深度土壤温度变化情况,地埋管进出水温变化情况,地埋管单位井深换热量和地源热泵停机后地下不同深度土壤温度恢复情况。通过分析得出上海地区单U型地埋管换热器的运行特性。并采用GAMBIT建模软件和FLUENT数值计算软件,对单U型地埋管夏季出水温和冬夏季埋管周围土壤温度进行数值模拟,并将实验结果与模拟结果进行比较,二者有较高的吻合度,可为上海地区实际工程及后续研究提供参考依据。     

竖直单U型地埋管传热模拟分析

针对地源热泵系统中的竖直单U型换热器的传热问题,利用FLUENT软件对其传热特性进行了稳态数值模拟。计算了管内流速,回填物导热系数,支管间距等因素对竖直单U型地埋管换热器换热性能的影响。通过数值模拟发现,管内流速过小时,地埋管换热器会出现严重的热短路现象。对比分析得出管内最佳流速为0.6 m/s～0.8 m/s;进回水支管间距越大,地埋管换热器换热性能越好;回填物的导热系数是影响地埋管换热器换热性能的一个重要因素,其最佳值与管内流速和管间距有关。综合考虑上述3个因素对地埋管换热器换热性能的影响,得出了支管间距为86 mm,管内流速为0.6 m/s～0.8 m/s,回填物导热系数为土壤导热系数的1～2倍时,竖直单U型地埋管的换热性能最好的结论。     

单U形和双U形地埋管换热器传热模拟

以单U形和双U形地埋管换热器为研究对象,应用FLUENT软件对其传热性能进行了数值模拟。将计算结果与实验测试结果进行比较,验证了该模拟模型的准确性。结果表明,在排热工况下,单U形管换热器的单位井深换热量约为86 W/m,而双U形管换热器的单位井深换热量达到120W/m。在打井费用较高的场合,可以考虑使用双U形管。研究了进口水温、流速以及埋管深度等因素对U形管传热量的影响。     

单U形地埋管换热特性及热作用半径数值分析

针对影响U形地埋管换热能力及热作用半径的典型因素,采用模拟分析,得到了不同入口水温、管内流量、回填料导热系数、岩土体导热系数、体积热容条件下,埋管单位井深换热量和平均热作用半径随之变化的规律。结果表明:地埋管的换热量与入口温度、岩土体导热系数及单位体积热容呈线性变化,与入口流量和回填料导热系数呈指数形式变化,通过拟合分析出单位井深地埋管日平均换热量与五个因素的回归方程;在热物性参数中热扩散系数对地埋管的平均热作用半径影响最显著。     

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。     

地源热泵系统地下埋管换热器设计(1)

分析讨论了地下埋管换热器设计中岩土热物性参数的确定,垂直竖井的回填材料、岩土冻结对埋管换热器的影响,埋管形式及埋管深度的选择。     

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。     

地源热泵地埋管换热器传热性能分析及经济计算

为分析地源热泵不同种地埋管换热器换热效果差异,充分利用可再生能源,结合合肥市滨湖新区某项目的土壤热物性参数,使用Fluent软件对单U型管和双U型管地埋管换热器建立模型进行传热性能的模拟分析,得到了随着时间变化下不同换热器型式的土壤温度分布图和出口水温,并分析土壤温度、出水温度和换热量三者的相互关系。最终结果表明,该条件下双U型管地埋管综合传热性能是单U型管的1.33倍,而经济计算结果显示,在打井数量较多时,双U型管地埋管换热器的经济性优于单U型管。     

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(4):系统耦合运行特性

采取数值计算与解析计算相结合的方法,在构建地埋管换热器与地上机组耦合模型的基础上,研究了夏季变热流边界条件下单U形地埋管换热器与地上机组耦合运行的非稳态特性。分析了连续运行工况和间歇运行工况下地源热泵机组COP、单位管长换热量、埋管进出口流体温度及钻孔壁面平均温度随运行时间的变化规律。     

滨海新区浅层地热能利用方式适宜性分区评价

针对天津市滨海新区,对浅层地热能利用方式(地下水地源热泵、地埋管地源热泵)适宜性分区评价进行探讨,获得了两种浅层地热能利用方式的分区范围和面积。该地区只有极少数区域适宜采用地下水地源热泵,绝大部分区域适宜或较适宜采用地埋管地源热泵。     

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。     

渗流条件下地埋管换热器传热特性研究

基于有渗流工况下地埋管管群的有限长线热源模型,通过Matlab软件模拟计算了深度为50 m平面处的地下温度场,根据地下温度场的温度分布,分析了布管方式,运行年限,孔隙率对地埋管管群传热效果的影响。研究表明:在物性参数,地埋管布管区域及地埋管总数不变的情况下,将地埋管等间距布置在布管区域内最有利于地源热泵系统的运行。地埋管布管区域冷热量累积效应在初始阶段较为明显,随着运行年限的增加,冷热量累积将在某一时刻达到动态平衡,此后将不随时间的增加而继续累积。对于冬夏季冷热负荷不平衡地区,孔隙率越大的区域越有利于地源热泵系统的运行。     

地下混凝土储热桩换热器周围温度场的模拟分析

通过对地下混凝土储热桩的储热研究,选用单U型埋管换热器,建立地下混凝土储热桩埋管换热器周围温度场模拟分析所用的物理模型和数学模型。通过模拟仿真,研究了储热桩体温度受埋管半径、埋管流量等参数变化的影响,并总结出受这些因素影响后储热桩内换热器周围混凝土温度场的变化趋势,为以后的实验研究提供了参考依据。     

土壤源热泵水平埋管周围土壤温度分布的分析

着重介绍了基于有限差分法计算土壤耦合热泵地埋管周围土壤温度分布的计算方法,并计算了埋深1 m,不同质量流量时埋管周围土壤温度的变化规律。计算结果表明：埋管周围土壤的温度分布随管内流体流量的变化而变化,其变化规律是管内流体质量流量越大,埋管周围土壤温度越低。     

南京市紫澜别墅地源热泵系统优化设计

结合南京紫澜别墅的地源热泵系统工程,对土壤源地源热泵的工程设计进行了介绍,分析了系统所需的冷热负荷,阐述了采用空调设备的选择方法以及各房间的空调系统设计要点,最后指出垂直埋管式地源热泵具有广阔的应用前景。     

地热换热器U型埋管的传热模型及热阻计算

讨论了地源热泵地热换热器竖直U型埋管钻孔内的二维稳态传热模型。基于钻孔内的温度场的二维解析解，得出钻孔热阻表达式。分析了影响钻孔热阻的几个相关因素，通过与一维简化模型得到的钻孔热阻相比较，认为采用二维模型可以为工程设计提供更准确可靠的热阻数据。