回填材料热物性对地埋管换热器换热性能影响综述

本文针对回填材料对地埋管换热器换热性能影响研究进行综述,主要包括回填材料种类及其热物性对地埋管换热器的影响,重点分析了理想回填材料应该具备的热物性,为回填材料热物性优化研究提供支持.最后分析并指出现有研究的不足,并对未来研究方向进行展望.     

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。     

新型相变材料回填的地埋管传热特性研究

本研究制备了新型癸酸-月桂酸/膨胀石墨复合相变材料并通过数值模拟研究了不同复合相变材料回填含量及不同运行模式下的地埋管换热器传热特性.复合相变材料中膨胀石墨与脂肪酸的最佳比例确定为10:100.本文提出了相变材料回填的地埋管传热模型并进行验证,研究了不同回填材料及运行模式下地埋管换热量,钻孔内液相比等参数的动态变化规律.数值模拟结果表明,U型地埋管系统的换热量随回填中相变材料含量的提高而提高,但温度恢复性能逐渐减弱.在相同的相变材料回填含量下,换热量随系统启停时间比的升高而升高,但平均能效比及恢复性能随启停比升高而降低.此外,高相变回填含量的换热系统不适宜在高启停比下长期运行.     

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。     

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.     

重庆地区竖直双U形地埋管换热器周围土壤温度恢复性能研究

通过对重庆某实际项目地埋管换热器周围土壤温度进行全年连续监测,研究分析了不同回填材料及回水管保温与否对地埋管换热器周围土壤的温度恢复及热累积现象的影响。测试结果表明:在1个夏季典型日地埋管换热器周围土壤产生温升0.26~0.94℃,1个运行周期内产生温升0.10~0.39℃,均随着深度的增加而减弱;夏季过渡期内,除距自然地表1.5m处土壤温度随天气变化外,其余各深度测点的土壤温度恢复主要集中在前2d,温降约为1.5~2℃/d。恢复时间短、回填材料导热系数小及地埋管回水管保温均对土壤温度恢复产生不利影响,但在较长的恢复时间内,其影响不显著。     

负荷特性对地埋管换热器性能的影响

提出了全年累积冷热负荷比的概念,用以对地埋管换热器全年承担冷热负荷的不平衡性进行定量描述.地埋管换热器钻孔的设计长度不仅取决于其承担负荷的大小,还与供热或制冷工况下的"可用温差"直接有关,由此提出冷负荷占优或热负荷占优的概念.通过计算实例,模拟了4种典型负荷特性下地下岩土及循环液的长期温度变化,并分析了不同负荷特性下钻孔间距对地埋管换热器性能的影响.     

三套管相变蓄能换热器供热工况稳态模拟分析

三套管相变蓄能换热器在供热工况下运行时,外层水与中间层相变材料间的换热以及中间层相变材料与内层制冷剂间换热同时进行。建立了三套管相变蓄能换热器的数学模型,针对液态相变材料层引入了有效热导率,模拟稳态下传热温度场。三套管相变蓄能换热器的液态相变材料层增大了传热热阻,产生较大的径向温度梯度,但30min后相变材料层温度场即可达到稳态,制冷剂侧换热效果并未由于相变材料热导率低而有显著变化。     

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。     

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。     

地源热泵地埋管换热系统设计及长期运行分析

以长沙市一办公楼建筑为研究对象,利用Energy Plus对其进行了全年逐时冷热负荷模拟。在此基础上,利用地源热泵设计软件GLD2012建立了地埋管换热系统模型。并从土壤热物性、钻孔间距、钻孔深度及回填材料导热系数这几个影响因素出发,研究地埋管地源热泵系统长期运行的土壤热平衡问题,并对影响结果做了简要分析与探讨,为工程实践中对地埋管换热系统的优化设计提供参考。     

不同类型地埋管钻孔换热能力对比分析

为完成浅层地热能调查项目,进一步推广其开发利用,天津市建立了土壤源地源热泵试验基地,开凿了80m、120m垂直钻孔以及120m的斜钻孔,回填不同类型的材料,并使用地层热物性测试仪进行现场热响应试验。本文通过对比分析各地埋管钻孔的换热能力,得出深度120m、垂直、双U型以原浆加中粗砂作为回填材料的地埋管钻孔换热效率最高,并对地埋管斜钻孔的合理利用提出建议,为以后的土壤源热泵工程设计提供经验。     

能源锚杆地源热泵冬季工况传热模拟与分析

为得到冬季传热工况下能源锚杆地源热泵系统设计的基础数据,即单位埋管长度换热量受各因素的影响情况,基于有限元分析软件ADINA,建立PE管-锚杆-土壤U型埋管三维非稳态温度场的传热模型,模拟冬季工况下能源锚杆热泵系统运行状况。通过给定条件下埋管周围温度场分布态势图,分析土壤热物性参数、供水温度、埋管流体速度及钻孔填充材料等参数对热泵系统传热效率的影响,得出最佳供水温度、进水速度及热作用半径,以期为相关能源锚杆热泵冬季工况下制热效率的提高和施工设计提供指导。     

基于ANSYS有限元对垂直地下埋管周围温度场的模拟研究

采用ANSYS有限元APDL语言进行编程,根据线热源模型,对竖直双U型管地下换热器周围温度场进行模拟,通过模拟分析得到了土壤热物性、管外温度、土壤类型以及回填料等因素对土壤温度场的影响.同时,也说明土壤本身具有很强的恢复能力,对实际工程地埋管换热器的设计有参考价值.     

地埋管地源热泵土壤温度场实验分析

利用地埋管地源热泵实验系统,研究了地埋管地源热泵在冬季供暖和夏季制冷工况下,埋管间距分别为5.65m和4m情况下,地下土壤温度随时间的变化;在夏季制冷工况下,对比了两种埋管间距下,地埋管热干扰现象对热泵机组运行效率的影响;研究了夏季制冷工况下,埋管间距为5.65m时,热泵采取间歇性运行方式下地下土壤温度随时间的变化。结果显示,埋管间距为5.65m时,周围土壤温度变化幅度较小,地埋管换热器换热效果更好,比埋管间距为4m情况下约节能13%;与连续运行方式相比,间歇运行方式下热泵机组的运行效率约提高7%。     

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型地埋管换热阻容模型构建与敏感性分析

阻容模型相对于解析模型及数值模型具有计算迅速、准确等优点,将其推广到地源热泵地埋管换热器计算当中后将易于埋管设计时采用。较为详细的给出了单U型地埋管换热器的钻孔内外的阻、容成分的计算方法,节点热平衡方程及求解方法。利用埋管换热实验台实测数据对所建立模型进行了校核,在模型参数取值合理情况下,模拟误差可控制在20%以内,满足工程计算需要。利用经过验证的模型对影响埋管换热的十个包括热物性、运行参数等多方面的因素进行了敏感性分析,分析表明土壤原始温度对换热量影响程度最大,土壤导热系数、体积热容其次,管长及管内流速则在一定范围内影响较大,回填材料导热系数相较于回填材料体积热容对换热量影响更大。     

地埋管群换热冷热负荷比和布置形式的影响

给出竖直地埋管群换热的简化假设及传热模型。以钻孔之间的间距为5 m,埋管深度为100 m,25 m×25 m方形地埋管群布置为例,从第1年夏季开始运行,运行10 a后夏季结束,夏季和冬季分别运行90 d,运行期间机组每天运行24 h,分别模拟冬季单位长度换热量为30 W/m、夏季单位长度换热量为50 W/m时,冷热负荷比分别为1. 5∶1、2. 0∶1、2. 5∶1时,以及不同的管群布置形式(不同的体形系数)条件下,地下温度场的变化。冬季单位长度换热量为30 W/m,夏季单位长度换热量为50 W/m时,地埋管群区域最高温度超过35℃,平均温度约为24℃左右,钻孔处的平均温度约为38℃,高于标准空调工况的冷却水温度范围,影响换热。随着冷热负荷比的增大,地埋管群区域热量累积越多,负荷热不平衡性表现越明显,越不利于地埋管换热。4种布置形式中,体形系数越小,地埋管群区域的温度升高速度和幅度越大,地下热量堆积越严重。     

相变材料蓄能式吊顶辐射供冷系统热性能模拟研究

本文将单位体积蓄能密度较大的相变材料与毛细管网格栅埋入到建筑吊顶中,设计出了一种相变材料蓄能式吊顶辐射供冷末端形式,建立了分析该吊顶在间歇运行工况下热性能的数学模型,利用该模型可以分析不同相变材料物性对该相变材料蓄能式吊顶的表面平均热流密度和蓄能比的影响。通过对影响因素的敏感性分析,得出了影响吊顶热性能的主要因素。此外,对比分析了相变材料蓄能式吊顶与混凝土蓄能式吊顶热性能的差异,指出相变材料蓄能式吊顶辐射供冷方式具有蓄能比更高的特点。     

蓄取热条件下地埋管钻孔适宜间距模拟研究

根据GB 50366—2005《地源热泵系统工程技术规范》(2009年版)的相关规定,选取钻孔热作用半径1.5、2.0、2.5、3.0 m,在非供暖期蓄热、供暖期取热工况下,采用数值模拟方法(模拟时间为10 a),分别对地埋管换热器蓄取热稳定性(评价指标为取蓄热比)、蓄取热工况换热效果(评价指标为地埋管换热器换热效率、地埋管进出水温差温差区持续时间)进行计算分析。热作用半径1.5、2.0 m时,蓄热、取热工况下地埋管换热器具有良好的蓄取热稳定性。蓄热、取热工况下,热作用半径为2.0 m的地埋管换热器具有更高的换热效率且能保持比较稳定且较大的进出水温差。对于哈尔滨地区,钻孔的热作用半径宜选取2.0 m,即钻孔间距宜为4.0 m。