土壤冻结对地埋管换热器性能的影响

建立了考虑土壤冻结的地埋管换热器非稳态传热模型,采用有限容积法离散了管内流体、管壁及土壤区域的控制微分方程,对涉及的土壤相变问题采用显热容法处理.数值计算结果表明,地埋管换热器周围土壤冻结区域较小,但土壤冻结后导热系数大幅度提高,更有利于土壤的导热;考虑土壤冻结的影响后,计算出的地埋管换热器的出水温度和取热量均有所提高;土壤含水量高有利于地埋管换热器的换热,但土壤含水量较低时,土壤冻结对地埋管换热器性能的影响较小.     

太阳能-土壤复合式地源热泵供暖的实验研究

在所建立的太阳能土壤复合式地源热泵实验台上,进行了单眼埋管井取热土壤源热泵供暖(模拟埋管面积不够的情形)和复合式地源热泵供暖的实验研究.结果表明,热泵机组从单眼埋管井取热时,冷凝器出水温度只有35 ℃左右,并且机组运行一段时间后,蒸发器出现结冰现象,造成了压缩机连续启停的不稳定工况;复合式系统运行时,蒸发压力始终保持在较高的水平,冷凝器出水温度达到43 ℃左右,可以满足风机盘管冬季工况的要求,复合式系统的机组平均制热性能系数为3.7.     

中深层地埋管换热器传热过程对周围岩土体的热影响

利用传热数值计算模型,分析了不同取热工况下地埋管周围岩土体的温度响应及变化情况.给出了热影响半径的定义,研究了不同运行时间和取热负荷下单个钻孔和多个钻孔埋管对周围岩土体产生的热影响半径.结果表明,当钻孔深度为2 000 m时,1 750 m处的热影响半径最大;当采用3X3的钻孔布置形式时,建议钻孔间距大于100 m,名...     

竖直双U型地埋管传热特性研究

为探究U型地源热泵系统运行过程中土壤温度变化特性,以竖直U型地埋管周围土壤为研究对象,基于有限元分析法建立三维非稳态传热物理模型.研究表明,地埋管周围土壤温度和单位井深换热量均随热泵运行时间增加而增加且趋于稳定;在其他条件不变的情况下双U型地埋管换热量为28.26W/m,单U型地埋管换热量为26.38W/m;流体进口流速和土壤温度梯度对单位井深换热量影响很小;流体进口温度和回填材料对土壤温度和单位井深换热量的影响较大;热泵蓄热-恢复和取热-恢复工况下,土壤温度恢复效果随径向距离及恢复时间增加而增加,土壤导热系数越大恢复的程度越接近土壤初始温度值.     

地埋管群全年蓄热取热同步模式下岩土传热特性

结合内蒙古包头地区的地域特性,基于有限体积法,在实验验证的基础上,数值仿真研究了全年地埋管管群蓄热取热同步模式下的岩土传热特性,分析了蓄热取热同步过程中的蓄热地埋管流体温度、取热地埋管流体温度、岩土结构以及地埋管管群排列方式等因素对岩土温度场的影响规律。研究结果发现:地埋管群全年蓄热取热同步模式可使岩土温度得到快速恢复,进而可缓解岩土热失衡问题;取热流体温度不变的情况下,取热地埋管周围岩土温度随蓄热地埋管流体进口温度的增加而增加;岩土热扩散系数越大,取热地埋管与蓄热地埋管周围岩土温度分布越均匀越不易出现岩土热堆积现象;取热地埋管与蓄热地埋管叉排列时岩土温度分布较顺排列时均匀。     

基于显热容法的地源热泵地埋管换热器周围土壤冻结特性研究

为了探讨寒冷地区土壤冻结对地源热泵地埋管换热器换热特性的影响,建立了考虑土壤冻结的地埋管周围土壤传热模型,并利用显热容法对冻结相变问题进行了处理.基于模型的数值求解探讨了土壤含水率、原始温度、热扩散率及Stefan数对埋管周围土壤温度分布及冻结速度的影响.结果显示,与未考虑土壤冻结相比,计算出的地埋管周围土壤温度高,传热热阻小,从而可以减小埋管的设计长度,降低系统初投资;提高土壤含水率有利于地源热泵的设计与运行;减小热扩散率和Stefan数可以有效地降低土壤的冻结速度.     

严寒地区地埋管换热器周围土壤冻结区域分布特征实验研究

建立了模拟严寒地区土壤热失衡状态下地源热泵冬季运行情况的实验装置,实验研究了地埋管周围土壤冻结区域的分布特征,给出了冻结相变锋面的平均移动速度。结果表明,土壤冻结区域呈不对称性分布,流体进口温度为-15℃时,埋深为350、700、1 050mm,热响应区在40~60mm段,冻结锋面的平均移动速率分别为5、5、6.67mm/h,热响应区在60~80mm段,冻结锋面的平均移动速率分别为1.54、1.82、1.82mm/h;土壤冻结在一定程度上有利于地埋管与周围土壤之间的换热,在严寒地区地源热泵的设计中应考虑土壤冻结现象。     

渗流对地源热泵土壤温度场及换热量的影响

针对地源热泵长期运行时土壤热失衡导致热泵效率降低的问题,探究地下水渗流(以下简称渗流)以及热泵周期性运行对周围土壤温度场与热泵效率的影响。建立长宽均为40 m,深度为140 m的土壤区域,在土壤区域中打9个120 m深的钻孔,钻孔中心间距为5 m,且按照3×3的方阵排布,在钻孔中埋入深度为120 m的双U型地埋管。基于Feflow数值模拟软件的三维瞬态热渗耦合传热模型,通过土壤热响应实验验证,确定Feflow软件仿真模拟得出的结果准确可靠。在此基础上,分析不存在渗流、存在渗流、改变渗流速度(1×10~(-4)m/s、2. 4×10~(-6)m/s、2. 1×10~(-7)m/s)以及改变渗流层厚度(5 m、10 m、15 m)对地源热泵在供暖工况下120 d连续运行带来的影响,分析地源热泵系统按照1 a中供暖运行120 d,间歇90 d,制冷运行90 d,再间歇60 d的周期性运行模式,运行10 a后对地下土壤温度场以及地埋管单位管长换热量的影响。结果表明:存在渗流且渗流速度大于1×10-7m/s数量级时有利于地埋管周围土壤温度恢复;相对于无渗流条件,渗流层位于38～42 m且渗流速度为2. 4×10~(-6)m/s时,供暖工况下连续运行120 d后的地埋管单位管长换热量提高54%;渗流速度对地埋管单位管长换热量影响明显,渗流速度越大,地埋管单位管长换热量越多;渗流速度不变时,地埋管单位管长换热量随着渗流层厚度的增加而增加,且渗流层厚度每增加5 m,在供暖工况连续运行120 d后,地埋管单位管长换热量增加2 W/m;周期性运行模式下,有渗流与无渗流条件下土壤均没有明显的冷、热量积累,但有渗流条件更利于提高地埋管单位管长换热量。文末附有有渗流与无渗流工况下土壤温度场动态展示的视频,可扫二维码观看。     

独栋住宅土壤源热泵系统冬季供暖实证研究

本文以1栋上海地区独栋住宅为对象,对土壤源热泵系统冬季供暖性能和能效进行了实证研究.通过对系统运行参数的连续监测,实证了地埋管换热器每米埋管取热量、机组与系统的COP及系统节能率等指标.结果表明:地埋管换热器出水温度及循环温差较为稳定,埋管换热量为27 ～ 32 W/m;系统能效受部分负荷率影响较大,整个测试期系统COP在3.3～3.9之间;在满足同等舒适性条件下,土壤源热泵系统比空气源热泵节能31.0％,节能效果明显.     

中深层地埋管换热器最佳钻孔间距的模拟研究

利用地热之星Ⅱ商业软件,对中深层套管式地埋管换热器最佳钻孔间距进行模拟研究。钻孔深度为2 000 m,直径为446. 7 mm,地埋管的高度与钻孔深度取值相同,循环水采用外进内出的流动方式。取热时间为供暖期,其他时间为土壤温度恢复时间。在地埋管取热负荷一定的条件下,钻孔热影响半径随着运行时间的延长而增大。随着运行时间的延长,供暖期的取热量超过了土壤的自然恢复能力,不利于长期运行,应考虑向土壤补热。当地埋管换热器取热负荷为200kW时,最佳钻孔间距推荐值(对应运行时间为20 a)为133 m。当运行时间一定时,钻孔热影响半径随取热负荷增大而增大。在实际工程中,中深层套管式地埋管换热器最佳钻孔间距的确定,应同时考虑取热负荷和运行时间。     

热管余热锅炉的应用

介绍了在玻璃瓶生产线上采用热管式余热锅炉的效益，每年可节约重油540t，并且投资少，占地少，效益可观。     

整体式热管热回收器的热经济性分析

利用换热器效能单元数法和标准气象年的气象数据,给定初投资和运行费用建立寿命周期内净收益与换热器效能的目标函数。通过计算中国典型气候城市哈尔滨、张家口、北京、上海、昆明和广州相关参数,得出不同气候地区在同一寿命周期内的最佳换热器效能和最佳净收益。结果表明:在相同寿命周期中,回收年限从小到大依次为哈尔滨、张家口、北京、上海、昆明和广州;最佳净收益和对应的最佳换热器效能由大到小依次为哈尔滨、张家口、北京、上海、昆明和广州;在全年回收中,除广州外,其余地区夏季热回收能量占总回收能量的比例均较小,说明热回收夏季节能效果不明显,冬季较为明显。     

地热换热器的传热分析

地热换热器是地源热泵系统的重要组成部分。本文综述了作者近年来在地热换热器传热模型方面的研究：提出了分析竖直埋管地热换热器钻孔内的传热过程的准三维模型，考虑流体工质在深度方向上的温度分布，给出钻孔内热阻的解析表达式；求得有限长线热源在半无限大介质中的瞬态温度响应解析解，并指出了Eckert的教科书中相关稳态解的错误；为确定地下水渗流对竖直埋管地热换热器的影响，导得了有渗流时无限大介质中线热源温度响应的解析解。以上工作改进和深化了国际上现有的地热换热器传热模型，并已应用于工程设计和模拟。     

电子式热分配表在热计量中的应用

对目前国内,外所使用的各种热计量仪表进行了分析与比较,指出在我国集中供热的现有条件下,电子式热分配表是一种比较适用的热计量仪表。     

防冻液对热泵机组换热性能的影响

介绍了热泵系统防液所应具备的基本属性，讨论了在不同换热器类型、防冻液种类、浓度和温度条件下循环液工质对换热的影响。通过传热衰减系数DU这一概念的提出，讨论了添加防冻剂对热泵机组换热器换热效果的影响，并分别在制冷工况和制热工况下给出了不同种类和浓度的防冻液所对应的换热面积修正系数和循环水泵功率的变化。     

冷凝热回收与热泵对建筑冷热源的影响

探讨了冷凝热回收技术用于制备卫生热水的可行性及其研究现状,提出将冷凝热回收技术与热泵技术相结合用于制备卫生热水的方法,指出有待解决的问题。结合工程实例,分析了冷凝热回收技术及热泵技术用于制备卫生热水的经济效益,提出了未来建筑冷热源的模式。     

热回收降低地源热泵冷热不平衡的研究

土层全年冷热量调节是地源热泵系统在实际使用过程中的关键问题,其中地源热泵冷凝器侧是否进行热回收则直接影响土层的全年冷热平衡。本文基于所提出的一种热回收系统,结合工程实例数学计算,说明进行热回收可明显减小系统向地下排热(排冷)的不平衡量;利用CFD工具模拟地源热泵系统长期运行时全年冷热不平衡量对地温的影响,拟合出了冷热不平衡量与土壤平均温度之间的分段函数关系,进一步说明冷热不平衡对土层温度的影响以及采用热回收系统对冷热不平衡量控制的重要性。     

长江水源热泵换热器传热流动特性研究

通过实验方法测试了以原生长江水为冷却水的换热器污垢热阻和摩阻系数的变化.换热器的污垢热阻随时间呈渐进性增长,污垢热阻形成过程不存在诱导期.冷却水流速的提高可减缓污垢的形成.长江水引起的污垢主要为颗粒污垢,其形成主要受江水中泥沙含量的影响.换热器的摩阻系数与污垢热阻的变化趋势类似,二者均随冷却水流速的提高而下降.     

浅层地埋管热交换器换热能力分析

采用自主研发的浅层地下岩土热物性测试平台,通过模拟冬夏季取放热实际运行工况,对不同工况下地源热泵地埋管热交换器的换热能力进行了实际测试,分析了地埋管换热器与周围地下岩土之间的换热状况,确定了该地区地源热泵系统地埋管换热器冬夏季工况下的实际单位延米换热量。同时,根据测试数据推算出了该地区地下岩土的综合导热系数,体积热容等热物性参数,为该地区地源热泵系统的模拟分析以及设计施工提供了依据。     

地源热泵换热器随机传热及可靠性设计方法探讨

介绍了国内外地源热泵换热器技术的理论与试验研究现状,分析了地源热泵换热器传热基本理论,以及现有的各种常用传热设计理论和数值模型,并指出了确定性分析理论与设计方法存在的缺陷。针对地源热泵换热器的复杂实际工况,探讨了地源热泵换热器影响因素的随机特征,提出了地源热泵换热器的可靠度概念和定义、基于可靠性理论的地源热泵换热器研究方法,给出了地源热泵换热器设计步骤。