地埋管换热器传热特性模拟与试验研究

利用土壤源热泵试验系统,进行不同埋管间距下夏季连续运行试验,用FLUENT软件建立竖直U型地埋管换热器与土壤间的传热模型,对不同管间距的U型地埋管周围土壤温度场和地埋管换热器传热特性进行了数值模拟,将数值模拟结果与试验数据进行对比分析。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大小,以及地埋管周围土壤温度场的变化对地埋管换热器换热性能影响规律,验证了所建立的模型和所用模拟条件的正确性。     

垂直埋管换热器布置形式对地下换热特性的影响分析

基于地源热泵地埋管换热器钻孔内准三维传热模型和钻孔外有限长线热源模型,采用温度叠加原理,编写地下换热系统计算程序,通过引入管群横截面水力半径的概念,研究了管群不同布置形式对地埋管换热器换热效果的影响。研究结果表明:在匀强交变脉冲热流作用下,当向地下吸热放热平衡时,管群的布置形式对地埋管换热器换热影响不显著;当吸热放热不平衡时,管群的布置形式对地埋管换热器换热影响较大,水力半径小的布置换热效果较好;并推出即使地埋管换热器向地下土壤吸热放热不平衡,只要不平衡率不高,通过设计合理的管群布置形式,单独的地源热泵空调系统依然可以长期正常运行。     

海相沉积砂岩土壤源热泵供热性能的试验研究

根据海相沉积砂岩——设计了土壤源热泵热水系统.试验采用单因素法,在连续和间歇运行两种工况下研究不同热负荷下系统的运行情况及土壤换热能力(通过控制开启主机的数量和土壤换热井数量来改变热负荷大小);在主机停止工作后,让土壤换热器中的循环介质与大地进行充分换热,测试土壤换热器中循环介质的温度变化来判断埋管区土壤温度场的恢复能力,从而综合评价地源热泵热水系统的运行性能.     

地埋换热器温度场数值模拟及试验研究

土壤温度场的恢复特性是判定土壤源热泵系统长期稳定运行的重要依据。探讨了某住宅小区土壤源热泵系统的设计方法及主要部件地埋换热器的埋管方式。利用建筑热环境设计模拟分析软件De ST-h建立高层住宅建筑群模型,并进行全年空调负荷模拟。运用大型商业软件FLUENT模拟分析了土壤源热泵连续运行一个夏季和经过一个秋季过渡季后地埋换热器周围土壤温度场的变化和恢复情况,试验研究了制冷过程及制冷期后地层温度恢复过程不同地层的温度分布,结果与数值模拟基本吻合。最后,指出复合式土壤源热泵有利于促进土壤温度场的恢复,从而实现系统长期稳定地运行。     

严寒地区太阳能辅助土壤源热泵系统运行策略优化

针对严寒地区建筑供能能耗大,土壤源热泵系统连年取热造成的土壤热失衡问题,以太阳能辅助土壤源热泵系统为研究对象,提出常规、多模式切换地埋管分区运行策略并对其按季度进行划分,在各季度期间设置不同的温控参数,研究不同运行策略的设置对太阳能辅助土壤源热泵系统性能的影响规律,从而得出相对最优运行策略。判优参数包括供暖保证率、机组COP、换热器取热量、土壤温度及运行费用。结果表明：与常规运行策略相比,多模式切换地埋管分区运行策略的供暖保证率100%、机组COP提升14.42%、换热器取热量减少35.3%、十年后土温升高1.13 ℃、年运行费用减少618元。     

土壤源热泵地下埋管传热强化与控制的试验研究

为了探讨土壤源热泵地下埋管传热强化及其控制的有效措施,基于相似理论搭建了垂直U型地下埋管换热模型试验台,进行了不同回填材料、不同间歇运行控制模式及不同进口温度对埋管周围土壤温度场及换热性能影响的试验测试;建立了垂直U型埋管准三维非稳态数值传热模型,分析了间歇运行与进口温度对土壤温度分布与埋管换热性能的影响.研究结果表明:导热性能好的回填材料能有效提高地埋管的换热能力,但考虑到两支管间热短路的增加,回填材料导热系数并非越大越好.同时,埋管换热量随运停时间比的减小和进口温度的增加而增大;此外,垂直地埋管可利用传热温差上层高于下层,因此,地埋管换热主要集中在中上层土壤.试验验证表明,所建数值模型能较好地模拟地下换热过程,其预测精度在5％以内.     

综合建筑群不同入住率下复合地源热泵运行策略模拟研究

综合建筑群集住宅商业办公为一体,在商业办公满负荷运行的条件下,运用数值模拟研究住宅小区30%、50%、70%、100%4种入住率条件时地埋管换热器运行情况,可以得出不同入住率下复合式地源热泵系统最优运行控制策略。结果表明,入住率为30%时采用过渡季节开启冷却塔散热,冬季采用地埋管取热的方式能达到最优运行效果;入住率为50%和70%时,夏季埋管全部使用,冬季只运行一半的运行方式最佳;入住率为100%时,采取地埋管换热器出口水温比对应时刻的湿球温度高2℃时开启冷却塔的方式,运行效果最佳。本文以土壤温升和优化系统运行效率为依据,对综合建筑复合式地源热泵系统的运行设计有一定的参考价值。     

土壤源热泵系统埋地换热器换热性能研究

对土壤源热泵系统埋地换热器的影响因素进行研究,分析三种获得土壤热物性参数的方法,得到利用现场测试法较精确.搭建实验台对埋地换热器传热量进行测试,发现室内负荷和埋管循环水流量对埋地管与土壤的换热量影响较大,利用圆柱源传热模型进行模拟验证,模拟结果与实验结果吻合较好.     

辅助散热对地源热泵地埋管换热器换热效果改善的分析

地源热泵在工程应用中存在大量失败的案例,原因是在具体的工程应用中未具体分析地源热泵节能的特定性.本文根据地源热泵系统地埋管换热器冬、夏季的换热的基本原理,指出夏季辅助散热对改善地埋管夏季换热的重要意义,并结合具体实验进行了分析讨论.     

土壤源热泵系统模拟和经济性评估研究

在线源理论的基础上建立了土壤源热泵系统的模拟模型,该模型可以用于土壤源热泵系统的全年运行模拟,预测土壤源热泵系统的能耗情况;对于土壤源热泵系统的经济性评估,提出了地下换热器换热成本的概念,并导出了地下换热器换热成本的通用计算方法。本文中的模型可以对土壤源热泵系统的设计方案进行经济性评估,以便设计人员选取经济性较好的方案。     

地源热泵地下换热系统热响应测试及分析

土壤源热泵的应用具有地域特性,不仅不同地区应用情况不同,就是同一地区因地质条件的差异而有所不同,所以土壤特性的测试工作十分重要.本文根据上海某展示中心项目地下换热系统测试,对地埋管换热器系统的热响应进行了测试和分析.     

地源热泵U型管换热器夏季工况试验分析

U型管换热器设计是土壤源热泵系统应用的关键,埋管深度、管内流速、土壤初始温度、运行模式等都是影响其性能的主要因素,利用上海地区所建设的不同埋深U型换热器(60m,90m)土壤源热泵试验装置,进行了夏季工况试验,测得热泵运行前土壤初始温度分布;测试了热泵机组间歇和连续运行时换热器的换热情况;还针对不同埋管内冷却水流速,测得到了单位孔深换热量,结果表明增加冷却水流速并不能一味地提高其每延米换热量,埋管内冷却水流速存在一个最佳值。     

不同入住率下住宅小区复合式地源热泵系统运行策略的研究

针对住宅小区不同入住率条件下复合式地源热泵系统运行策略优化问题,以合肥市的某住宅小区为研究对象,应用TRNSYS模拟软件建立小区复合式地源热泵系统仿真模型,分别对入住率为100%、70%、50%、30%4种情况进行了仿真模拟,以地源热泵系统全年能耗及土壤温升为优化依据。结果表明:在高入住率情况下,当地埋管出口水度大于22℃时开启冷却塔为最优运行策略;在低入住率情况下,夏季靠地埋管+冷却塔散热、冬季从地埋管吸热的运行控制策略最优,极低入住率(30%以下)情况下,采用夏季靠地埋管散热、冬季从地埋管吸热的地埋管地源热泵系统更加经济。研究内容对住宅小区的复合式地源热泵系统设计和运行有一定的参考价值。     

不同供水温度下地源热泵群孔换热性能的试验研究

对夏季地源热泵单、双U地埋管形式的群孔换热性能进行试验研究。试验结果表明,地埋管与土壤间的换热功率呈对数函数形式变化;在群孔循环总流量为8 m3/h,不同供水温度条件下,供水温度每增加1℃,单U换热功率平均增加2.47 k W,双U换热功率平均增加3.06 k W;定量分析表明,连续换热20 h后的换热功率值可作为群孔实际换热能力值,并给出换热20 h时的不同工况下的换热功率值,可为地源热泵地埋管系统的工程设计提供参考依据。     

南京地区混合式地源热泵系统可行性与初投资的探讨

根据南京地区空调负荷的特点分析了南京地区混合式地源热泵系统的可行性,改善土壤与U型管换热的情况,平衡冬夏季大地的得热与失热情况;介绍了地埋管与辅助冷却塔联合运行的方式,并与不同空调负荷设计U型地埋管时的初投资与地埋管占地面积进行了比较.     

强制渗流作用下的耦合式土壤源热泵运行模式研究

以多孔介质传热、传质理论以及有限长移动线热源模型为基础,建立了地埋管换热器井孔内、外传热数学模型。基于抽、回灌井不同运行时长,对耦合式土壤源热泵系统的全年运行过程进行了数值模拟。通过模拟计算,抽、回灌井运行24 h比抽、回灌井运行8,16 h地埋管单位井深换热量分别增加了32.7%,9.2%,对应能效系数提高了34.4%,11.2%,然而此时耗电量却增加了200%,50%。研究表明,抽、回灌井运行时间越长,地埋管单位井深换热量越高,系统的运行能耗持续增加。因此针对所建耦合式土壤源热泵系统,通过采取抽、回灌井开启10~14 h的运行模式,能够有效地降低系统的运行能耗,进而使该耦合式系统得到合理的应用。     

天津地区双U型地源热泵地埋管换热器性能模拟研究

针对地下水位变化对地源热泵垂直地埋管换热器性能的影响,以天津某工程为例,根据土水特征曲线确定了土壤垂直方向含水量分布和热物性变化,并基于FLUENT软件建立了双U型地埋管换热器的三维非稳态传热模型,对不同工况下的换热器性能进行了数值模拟,将模拟结果与试验结果进行了对比分析。进一步,模拟研究了不同地下水位对换热器性能的影响,其结果对于地下水位变化显著地区地源热泵工程设计、管理具有较好的指导意义。     

利用热管技术提高土壤源热泵水平埋管换热效能

提出了把热管应用到土壤源热泵的水平埋管换热器中，用以提高换热器周围土壤的温度和稳定土壤的温度场，以减少埋管换热器的占地面积。     

基于线热源模型的垂直U型埋管换热器的换热分析

为了研究U型地埋管换热,以线热源模型作为基础,以夏季制冷工况为例,运用C语言编程软件对其进行了分析求解。研究了运行时间、换热介质的流量、土壤物性、埋管深度对U型埋管传热的影响以及周围土壤温度分布变化规律。模拟结果表明:当换热介质流量和埋管深度均增大3倍,土壤导热系数增大1.6倍时,单位管长换热量变化幅度分别为9.9%、-10.7%、23.3%。研究结果可为U型垂直埋管换热器的优化设计提供参考。     

垂直地埋管传热相干性数值模拟研究

通过分析地埋管换热器的传热特性,建立了地源热泵地埋管换热器数学物理模型,利用FLUENT软件对其换热器的传热相干性进行了数值模拟,在此基础上,通过对夏季制冷工况的模拟与实测,得到不同埋管间距周围的土壤温度沿径向的变化规律及地埋管传热相干性的影响规律。