用均摊恒定热流法对土壤源热泵运行模式的分析

土壤源热泵在合理的运行模式下可以有效地利用土壤的冷热堆积。采用分段均摊恒定热流法研究了6种运行模式下,埋地管群换热器运行10 a内土壤的平均温度变化;提出了选取土壤源热泵合理运行模式的两个指标:换热效率和温升幅度,并用这两个指标分别选出热冷不平衡率下土壤源热泵合理的运行模式。当热不平衡率为0.10时,土壤源热泵应从冬季中期开始运行;当冷不平衡率为0.10时,应从夏季开始运行。     

土壤蓄热特性与模拟研究

在能量平衡和导热方程基础上,建立埋地换热器周围土壤内蓄热、释热过程的准三维非稳态模型,并通过数值求解得到计算结果;针对单埋管蓄热模型,得到土壤温度随运行时间、径向距离的变化情况,针对管群跨季节蓄热、取热模型,得到一个周期内不同运行工况结束时的土壤温度场分布;通过模拟计算对不同土壤类型的蓄热特性进行研究,并比较了3种典型土壤的蓄热能力大小.     

地埋管换热器布置形式对土壤平均温度的影响

在使用土壤源热泵的系统中,因地埋管布置形式的不同,土壤源热泵系统对地下温度场的影响也不同。结合Fluent与TRNSYS模拟软件,在排除管群之间热作用影响的条件下,从钻孔间距、钻孔数量、钻孔深度这些影响因素出发,研究土壤源热泵系统运行1a后土壤温度场的分布情况。结果表明:改变钻孔间距对土壤平均温度的影响要大于改变钻孔数量以及钻孔深度。     

地下水渗流条件下土壤蓄热性能的数值研究

为了研究地下水渗流条件下土壤的蓄热性能及其影响因素,建立了地埋管换热器与土壤的准三维热渗耦合传热模型,通过方程离散和编程求解,研究了地下水渗流条件下渗流速度、U型管管内水流量等因素对土壤蓄热性能的影响规律,对比分析了连续蓄热模式和间歇蓄热模式对土壤蓄热性能的影响,研究结果可为土壤源热泵系统的蓄热运行方式提供参考。     

跨季节蓄热地源热泵地下蓄热特性的理论研究

研究了跨季节蓄热地源热泵系统(GCHPSS)土壤蓄热体温度场的变化规律,编写VB程序对地下埋管土壤蓄热进行了模拟计算.结果表明:当单U型竖直埋管蓄热时,土壤日蓄热量、热作用半径和平均蓄热率在初始阶段急剧变化,然后缓慢减小并最后趋于稳定,蓄热量也趋于平衡.当管群蓄热时,蓄热系统运行1个循环周期(1a)后,土壤的温度场基本上可以恢复平衡,恢复后较蓄热开始时升高0.5～1.0℃.通过对不同地区3种典型土壤的蓄热进行比较,得出粘土是一种性能良好的长期储能介质.同时,地下埋管土壤蓄热特性的实验研究为GCHPSS系统的推广应用提供设计依据.     

太阳能相变蓄热复合土壤源热泵系统的研究

叙述了以太阳能相变蓄热装置蓄热,且与蒸发器进口处换热的辅助热泵系统,用20号蓄热专用石蜡,通过板式换热器与蒸发器进水管进行热量传递的实验。指出,利用太阳能集热器在白天升高蒸发器侧的温度提高热泵效率,利用储存在蓄热装置中的热量夜晚可对蒸发器的进水增温,以此实现太阳能相变蓄热装置与复合土壤源热泵系统的良好结合,提高整个系统的供热效率。     

太阳能-土壤源热泵耦合系统及其地埋管系统

建立了太阳能-土壤源热泵耦合型热水系统实验平台,研究了在秋冬季不同运行条件下该系统的运行特性,分析了地下埋管系统中钻孔回填材料、U型管工作模式、套管内循环液流动模式、套管外管与内管的导热系数比等对系统制热效果的影响。研究表明,太阳能土壤源热泵系统在国内亚热带地区可以获得良好的应用,并给出了埋地换热器的合理形式。     

U型波纹埋管对于增强土壤源热泵换热性能的研究

为了增强土壤源热泵系统地下埋管换热器的换热性能,通过CFD方法,探讨改用波纹管对地下换热所产生的影响,首次提出采用波纹管代替光管作为强化地下埋管换热器换热效率。     

别墅住宅土壤源热泵运行特性探讨

将土壤源热泵应用于上海地区某别墅住宅,并设计了土壤换热器旁通直供回路.通过对不同运行模式的连续实测研究,探讨了低密度住宅土壤源热泵夏季运行的特性,并对系统全年能耗进行模拟分析,提出了优化控制策略.     

土壤源热泵U型竖直埋管换热特性的实验研究

以土壤源热泵实验系统为平台,进行了夏季工况实验,分析了管间距为4 m时,单、双U埋管换热器的换热性能,并对不同管间距的单U地埋管进行实验研究。实验结果表明,管间距对系统的运行影响较大,得出夏热冬冷地区长期运行的土壤源热泵系统中地埋管合理的管间距,为长三角地区土壤源热泵换热器设计提供了设计参考。     

土壤源地热换热器的传热性能分析及优化设计研究

文中对垂直U型埋管土壤源地热换热器的传热性能进行了分析,并优化设计计算了不同负荷下地热换热器的长度.首先根据土壤源地热换热器的传热性能分析,在满足工程实践的基础上,选择了IGSHPA模型简化下的传热分析方法计算传热热阻;然后利用一维导热和线热源模型,得到流体至管道内壁的对流换热热阻,塑料管壁的导热热阻,钻孔内部的导热热...     

A spectral model for transient heat flow in a double U-tube geothermal heat pump system

This paper introduces a semi-analytical model based on the spectral analysis method for the simulation of transient conductive-convective heat flow in an axisymmetric shallow geothermal system consisting of a double U-tube borehole heat exchanger embedded in a soil mass. The proposed model combines the exactness of the analytical methods with an important extent of generality in describing the geometry and boundary conditions of the numerical methods. It calculates the temperature distribution in all involved borehole heat exchanger components and the surrounding soil mass using the fast Fourier transform, for the time domain; and the complex Fourier and Fourier-Bessel series, for the spatial domain. Numerical examples illustrating the model capability to reconstruct thermal response test data together with parametric analysis are given. The CPU time for calculating temperature distributions in all involved components, pipe-in, pipe-out, grout, and soil, using 16,384 FFT samples, for the time domain, and 100 Fourier-Bessel series samples, for the spatial domain, was in the order of 3 s in a normal PC. The model can be utilized for forward calculations of heat flow in a double U-tube geothermal heat pump system, and can be included in inverse calculations for parameter identification of shallow geothermal systems.     

Numerical and experimental study of transient conjugate heat transfer in helical closed-loop geothermal heat exchangers for application of thermal energy storage in backfilled mine stopes

The geothermal potential available from deep underground mines has yet to be utilized. However, stope-coupled heat exchangers (SCHE) are aiming to take advantage of the unused low-grade geothermal energy. Backfilled stopes provide a unique opportunity to install nonlinear heat exchangers, as the geometry is not limited to the shape of a borehole. Helical pipes deliver superior fluid mixing and heat exchange compared to straight pipes, due to the effect of the secondary flow within the helical pipe. The helical closed-loop geothermal heat exchanger enables the backfilled stopes of the mine to be repurposed as thermal energy storage units. This article delves into the experimental results from a unique state-of-the-art laboratory scale helical closed-loop heat exchanger with varying thermophysical parameters. Additionally, a novel conjugate numerical model is developed and its results are validated against the base case of the experimental studies. Additionally, the numerical model is validated in a spatial-temporal sense with thermocouple data from the experimental rig. The numerical model is also applied to a helical SCHE situated within a backfilled stope for the first time. The results of the numerical model suggest that the pumping rate through the SCHE has a significant effect on the heat exchange rate and the overall energy transfer between the SCHE and the backfill. Additionally, the temperature contours from the numerical model suggest that a decreased pitch/helical diameter will increase the storage capacity of the helical SCHE. Overall, an average of 2.5 MW can be stored over the first 4 days of geothermal charging with the investigated full-scale SCHE, boasting a pseudo-steady-state storage rate of 1.7 MW.     

土壤蓄冷与耦合热泵集成系统中土壤蓄冷的模拟研究

结合土壤耦合热泵技术及冻土蓄冷技术的优点，提出一种全新的热泵空调系统形式一土壤蓄冷与土壤耦合热泵集成系统。该系统将土壤耦合热泵系统(GCHP)的地下埋管换热器与蓄冷装置合二为一，在电力低谷期将冷量贮存到土壤中，以满足高峰电力期空调负荷的需要。在能量平衡的基础上建立了土壤蓄冷释冷过程的数学模型，并采用固相增量法模型对其进行了模拟计算，分析其应用的技术可行性，为土壤蓄冷与土壤耦合热泵集成系统的应用提供理论支持。     

竖直埋管地热换热器钻孔内的传热分析

准三维模型为竖直埋管地热换热器的结构优化提供了较为精确的理论基础。利用准三维模型对竖直埋管地热换热器进行分析与研究得出，不同的行程布置对双U型埋管地热换热器的传热性能有较大影响。就钻孔内热阻的对比，双U型埋管比单U型埋管钻孔内的热阻低，因而双U型埋管地热换热器较单U型埋管地热换热器更为合理。     

套管式中深层地埋管换热器传热建模及取热分析

为了研究无干扰换热条件下,中深层地热能的实际取热性能,文章通过数值模拟方法模拟计算了套管式中深层地埋管换热器的名义取热量。模拟结果表明,套管式中深层地埋管换热器的名义取热量随着钻孔深度、大地热流、循环水流量、当地大气年平均温度的增加而增加。套管式中深层地埋管换热器周围土层的地质条件分布也影响着中深层地埋管换热器的名义取热量,具体表现为浅层土层的导热系数越小,中深层地埋管换热器的名义取热量越大;深层土层的导热系数越大,中深层地埋管换热器的名义取热量也越大。通过调整地埋管换热器的相关参数,并选择合适的地埋管埋设地点等优化措施,可使套管式中深层地埋管换热器达到可观的名义取热量。     

渗流对地下埋管换热器传热管间距的影响

为确定地下水渗流对土壤蓄冷与土壤耦合热泵集成系统中竖直地下管群换热器管间距的影响,本文基于热渗耦合作用下的数学模型,采用整体求解方法模拟了冬、夏季工况下管内流体、地下埋管换热器及周围土壤的温度场,分析了地下水渗流对其传热过程的影响。结果表明在冬夏工况下管间距宜不同,地下水运动对温度场的影响明显,而且地下水流速越高影响越大。     

土壤蓄冷与释冷过程的模拟研究

综合蓄冷技术与土壤耦合热泵技术的优点，开创性地提出了以土壤作为蓄冷介质的集低温工况、空调工况和制热工况为一体的三工况型土壤蓄冷与土壤耦合热泵集成系统的新设想。并在能量平衡的基础上，建立了埋管管束内层及外层盘管蓄冷、释冷过程的数学模型。通过模拟计算，比较分析了内、外层单根盘管的蓄冷、释冷运行特性，并对单根埋管换热器蓄冷、释冷过程的传递冷量损失及垫层冷量损失进行了初步的分析。     

竖直双U型埋管地热换热器支管间热短路分析

采用地热换热器准三维传热模型和数值计算的方法,对竖直双U型埋管地热换热器支管间的热短路进行了分析,讨论了管间距和回灌材料的导热系数对热短路的影响,并提出了减少热短路的措施。