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。     

地埋管换热器的传热模型的进展与分析

土壤源热泵研究的核心问题之一就是对于地埋管换热器的传热模型的研究。模型的建立和选择对土壤源热泵和埋管的设计影响重大。本文回顾了国内外不同的地埋管换热器的传热模型及其改进与发展,重点叙述了解析模型的改进,发现目前研究中欠缺对于管群间传热影响的研究,如不同埋管形式、埋管间距之间的热干扰及热堆积等的研究。同时关于土壤特性对于传热的影响的研究不够深入。本文还指出了对于地埋管传热模型的下一步研究重点。     

地下埋管换热器传热模型研究现状与发展前景

本文针对目前较具代表性的地下埋管换热器模型、垂直U型埋管换热器模型、单井回灌式换热器传热模型、路桥融雪水平埋管模型作了分析,并根据现阶段的研究和应用情况,给出了地下埋管换热器传热的研究方向。     

水平地埋管换热器埋管间距的探究

主要针对水平埋管的传热规律及制约因素建立水平埋管周围土壤不稳定温度场的数学模型,并利用有限元进行模拟计算。其次,在建立地源热泵水平埋管换热器传热模型的基础上,对水平埋管传热和周围温度场分布进行了数值模拟,得出最佳的水平埋管间距,这对地源热泵水平埋管工程设计有一定的指导作用。     

小型地源热泵水冷多联机实验平台监测及分析

本文对太阳能辅助地源热泵复合系统进行数据监测,通过实验测试数据和分析地埋管循环液温度的变化特性以及地源热泵系统的效率,对已建立的地埋管换热器的传热模型进行验证,研究结果表明地源侧供水温度的理论计算值与实验测试值变化趋势一致,说明建立的地埋管传热模型是准确的。     

水平螺旋地埋管地源热泵的研究

提出了适合工程设计计算的水平螺旋地埋管换热器的传热模型,该模型以无限大介质中的一维非稳态传热为基础,同时考虑单位面积埋管长度的影响及长期平均负荷和短期脉冲负荷的不同作用。讨论了单位面积埋管长度和土壤的热物性对水平螺旋地埋管换热器的影响。结合工程实例,计算了所需的埋管长度和埋管的占地面积,与竖直埋管系统进行了比较。     

地下埋管换热器传热模型的研究现状与发展

针对目前比较有代表性的地下埋管换热器模型,单井回灌式换热器传热模型进行了分析,并根据现阶段的研究和应用情况,给出了地下埋管换热器传热的研究方向。     

变温入流条件下的U形地埋管换热能效

针对变温入流工况下地埋管换热能效系数的变化特征,将其表示为最大埋管换热温差比φ与热泵机组出口水温差比σ的乘积,利用基于多极理论的U形地埋管三维传热模型,模拟分析了建筑负荷、埋管流量、主机性能对地埋管换热能效的影响规律,为优化地埋管地源热泵系统的设计提供技术支持。     

土壤源热泵桩基埋管换热器的传热分析和设计计算

土壤源热泵具有清洁、节能、高效的特点,能够有效缓解如今的环境危机和能源危机,而桩基埋管技术能节约土地和施工费用,近年来得到广泛应用。总结了桩基埋管换热器传热模型的研究进展;利用有限长和无限长线圈热源模型分析了桩基螺旋埋管换热器的传热性能,对比两种模型计算结果的差异;利用有限长线圈热源模型,对某工程的土壤源热泵桩基埋管换热器进行了设计计算。     

基于换热能效度的竖直地埋管埋设深度设计

根据地埋管传热特性,提出了地埋管换热能效度概念.建立了竖直地埋管换热器的三维传热模型,模拟计算了地埋管换热器能效度在不同埋设深度条件下的分布.揭示了区段能效度的迁移特性,将地埋管换热区域沿埋设深度范围分为无效换热区域和有效换热区域,并给出了基于换热能效度的地埋管换热器长度设计方法.     

地源热泵垂直套管式换热器传热研究

介绍了地源热泵的特性及其发展前景,分析了现有传热模型的局限性。在V．C．Mei传热模型的基础上,结合系统能量方程和热传导方程建立了套管式换热器的传热模型。采用有限元法和有限差分法对埋管周围的温度场进行了数值计算。通过与实测值的对比表明该传热模型能更好地反映出真实的传热过程和传热机理。     

A simple method for estimating transient heat transfer in slab-on-ground floors

The problem of calculating transient heat transfer in concrete floor slabs is complicated due to ground coupling, which can require the numerical solution of two or three-dimensional transient conduction equations. This paper presents a simplified method for calculating transient slab-on-ground heat transfer that can be incorporated within hourly simulation programs. The method assumes that there are two primary one-dimensional paths for heat transfer from a ground-coupled floor slab: (1) one-dimensional heat transfer from the perimeter of the slab to the ambient and (2) one-dimensional heat transfer between the slab interior surface and a portion of the soil beneath the slab. The perimeter heat transfer is assumed to occur at quasi-steady state and is characterized in terms of a perimeter heat loss factor (F_p). Transient heat transfer within the slab and ground are modeled using a simple thermal circuit employing three nodes with an adiabatic boundary condition at a specified depth within the soil underneath the slab. Although some simulation models consider this type of two-path model, there appears to be no validation of this approach and there is no guidance for specifying perimeter heat loss factors and underfloor soil depths and node locations for the thermal circuit. In the current paper, results from detailed two-dimensional finite-element models for typical floor constructions and soil properties were used to identify (1) locations for nodes within the slab and soil, (2) correlations for soil depth as a function of soil properties associated with the underfloor adiabatic boundary condition, and (3) correlations for perimeter heat loss factor as a function of soil properties and edge insulation levels for different constructions. Transient heat transfer results from the simple model compared well with results from the finite-element program for different floor constructions, edge insulation, soil properties, locations, and times of year.     

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。     

蓄热式换热器周期性换热过程的性能分析

针对暖通空调涉及的周期性换热过程(如相变地板、夜间通风、地埋管换热等)进行分析.周期性换热过程可视为等效冷源与等效热源之间非同时的换热过程,地板、土壤等中间媒介起蓄能和间接换热的作用.提出了整个换热过程的热阻分析方法,认为换热量由取热阶段流体与中间媒介表面换热过程、放热阶段流体与中间媒介表面换热过程及中间媒介自身导热过程三方面的热阻决定.计算得到地板白天蓄热夜间放热过程、夜间通风蓄冷过程、地埋管以年为周期的换热过程中,三部分热阻所占比例,分析了蓄热性能的制约因素,为蓄热式换热系统的设计与优化提供参考.     

双级压缩高温热泵换热器型号优化设计仿真

介绍了高温热泵系统形式及换热器初步设计,编制了系统仿真程序,得到了8种换热器型号下系统COP、换热器传热系数、水侧压降等关键参数随换热面积的变化关系。针对该热泵系统,给出了一定换热面积范围内较优的换热器型号。     

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)。     

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。     

U型垂直换热器地源热泵夏季供冷测试及传热模型

介绍了重庆地区某U型垂直换热器地源热泵实验系统在夏季的供冷情况，提出了对地源热泵系统运行的改进方案，并给出了地下U型垂直换热器的传热模型。     

Simulation of a domestic ground source heat pump system using a three-dimensional numerical borehole heat exchanger model

Common approaches to the simulation of borehole heat exchangers (BHEs) assume heat transfer in circulating fluid and grout to be in a quasi-steady state and ignore fluctuations in fluid temperature due to transport of the fluid around the loop. However, in domestic ground source heat pump (GSHP) systems, the heat pump and circulating pumps switch on and off during a given hour; therefore, the effect of the thermal mass of the circulating fluid and the dynamics of fluid transport through the loop has important implications for system design. This may also be important in commercial systems that are used intermittently. This article presents transient simulation of a domestic GSHP system with a single BHE using a dynamic three-dimensional (3D) numerical BHE model. The results show that delayed response associated with the transit of fluid along the pipe loop is of some significance in moderating swings in temperature during heat pump operation. In addition, when 3D effects are considered, a lower heat transfer rate is predicted during steady operations. These effects could be important when considering heat exchanger design and system control. The results will be used to develop refined two-dimensional models.