广州地区土壤温度场对U型埋管换热性能的影响

针对广州地下50m以内土壤温度分布来研究广州地区地温的分布特性和变化规律,建立了垂直u型地埋管地下换热区域温度场的三维稳态和瞬态传热模型.同时就该系统在冬季和夏季运行分析了不同工况下埋管区域土壤温度场的分布情况以及进一步确定了热泵机组连续和间歇运行对地埋管换热性能、埋管区地温恢复状况的影响.最后,通过对某别墅工程的动态负荷计算,选用ASHRAE推荐的地埋管地源热泵设计模拟软件GLHEPRO 3.0进行30a运行模拟,分析得到了地下埋管区域土壤热平衡对埋管换热性能的影响程度,从而为华南地区推广使用地埋管地源热泵系统的长期高效运行提供理论参考.     

某小区地源热泵地埋管换热器的测试与计算

地源热泵系统的关键部分在于地下换热系统,由于地下岩土热物性参数的不同,使得地埋管换热器的换热能力有较大差异,这将直接影响到整个系统的使用效果和工程造价。文章以线热源理论为依据,对某实际工程项目进行岩土热响应测试,并计算相关的热物性参数,同时提出了一种工程简化算法,该算法综合考虑了岩土热物性测试结果与建筑物的负荷特点,其计算结果可以作为工程设计的依据。     

螺旋埋管地热换热器的线圈热源模型及其解析解

在建筑物既有的桩基础中埋设PE管作为地源热泵系统的地热换热器,可降低系统的占地面积和初投资,正成为地源热泵研究和应用的新热点.以桩基埋管地源热泵系统的工程应用为背景,对螺旋埋管地热换热器的非稳态传热模型进行了分析讨论,提出了考虑螺旋埋管在深度方向温度分布和节距影响的线圈热源模型.采用格林函数法和虚拟热源法,分别求得无限长和有限长线圈热源模型的非稳态温度场的解析解表达式.以这些解析解为基础分析了模型中各参数对螺旋埋管换热器换热性能的影响.     

基于神经网络的地下埋管换热器优化模型

基于经典的Kelvin线热源模型和Kavanaugh圆柱源理论模型,运用负荷叠加、负荷阶跃、负荷累积的思想,结合人工神经网络建立了土壤源热泵系统地下埋管换热器仿真优化模型。与实验和理论已验证过的圆柱源理论模型的比较分析表明,地下埋管神经网络优化模型相对于传统的地下埋管解析解模型具有良好的计算精度和泛化能力,该模型应用于土壤源热泵系统的长期运行可以大大缩短计算时间,为土壤源热泵系统的优化及设计提供更有效率的模拟计算方法。     

废弃冻结管作为地源热泵换热器换热量的计算研究

采用废弃的冻结管替代传统地埋管地源热泵换热器,实现浅部和深部的冷量和热量的利用是热泵技术一种新的取热途径。阐述了地埋管地源热泵换热器的换热量的计算过程,并以某工程实例为依据,采用换热量计算模型,对该工程地埋管地源热泵进行了冬夏季换热量测试。通过对测试数据比较,最终得到了该工程可靠的地埋管换热性能参数。     

耦合强制对流井式土壤源热泵系统模拟研究

以耦合强制对流井式土壤源热泵系统为研究对象,以等效内热源理论为基础,建立了2U型埋管换热器及含水层热-质运移耦合模型。采用FEFLOW6.1计算软件,针对两类运行模式中粗粉砂含水层温度场分布规律及强制渗流过程对地埋管换热能力的影响开展了模拟研究;引入埋管换热器能效系数E,对地埋管能效特性进行量化分析。研究结果表明,含水层中的强制渗流过程可有效地缓解埋管井群区域土壤热失衡1现象,增加埋管进出口温差,提高单位管井换热能力。与单独使用埋管换热器工况相比,耦合强制对流井模式在第5年的排热、取热阶段,能效系数E分别提高了7.6%和4.8%。     

深层地埋管换热器换热性能模拟及稳定性研究

以深层地源热泵地埋管换热器为研究对象,对其换热特性进行数值模拟和实验研究。建立考虑轴向地温梯度的深层地埋管换热器传热模型并进行模拟计算,通过示范工程现场测试数据验证该模型的正确性。对深层地埋管换热器换热的性能稳定性进行研究,发现深层地埋管换热器连续长期运行及间歇长期运行下换热性能基本稳定。当按不同运停比运行时,岩土温度恢复效果良好。研究结果表明深层地源热泵有较好的换热性能及运行稳定性,为深层地热能的开发利用提供了新思路。     

垂直U型埋管换热器准三维热渗耦合模型及其实验验证

为了探讨热渗耦合对土壤源热泵地埋管换热的影响,基于多孔介质传热传质及地下水渗流理论,通过耦合竖直方向一维流体模型与水平面内土壤二维非稳态热渗耦合模型,建立了考虑地下水渗流影响的准三维U型埋管热渗耦合模型。基于模型的数值求解,探讨了土壤热物性及地下水渗流对埋管换热特性的影响。结果显示:土壤导热系数与比热容的增大均有利于加强埋管的换热,且地下水渗流的存在有利于强化地下埋管与周围土壤间的换热能力,提高土壤源热泵系统的运行效率。实验验证表明,所建模型具有一定的预测精度,可为地下埋管换热器传热特性的研究提供理论基础。     

有均匀渗流的介质中螺旋埋管的传热分析

以埋设在均匀渗流介质中的螺旋埋管为研究对象,结合地源热泵工程应用背景,将地下螺旋埋管简化为连续的螺旋线热源,通过移动线热源理论与格林函数法,建立二维和三维非稳态的导热与对流联合作用的渗流传热问题的传热模型;求得无限长及有限长螺旋热源形态下渗流问题的温度响应的解析解。通过与纯导热模型的对比可知,地下水渗流会在一定程度上影响地下温度场的分布及传热达到稳态所需的时间。指出渗流速度是体现地下水流动对换热过程影响程度的重要参数,且渗流对整个螺旋管群的换热影响也被分析讨论。     

单U型地埋管换热影响因素分析

针对地源热泵单U型地埋管换热器的换热特性,根据岩土体自恢复实验台,利用Gambit软件建立了地埋管换热器的传热模型,并通过Fluent软件模拟分析了不同的管间距、不同的流速以及不同进口水温对单U型地埋管换热器换热能力的影响。     

土壤源热泵竖直埋管换热器钻孔外传热模型综述

介绍了土壤源热泵竖直埋管换热器钻孔外的传统的无限长线热源模型,无限长圆柱模型,有限长线热源模型以及改进后的热湿传递的线热源模型,变热流的线热源模型,土壤分层的线热源模型。分析了各种模型之间的联系、区别以及优缺点。提出了完善土壤源热泵竖直埋管换热器钻孔外传热模型需进一步研究的内容。     

U型管桩埋换热器稳态传热模拟研究

采用能量平衡的方法建立了土壤层内U型管桩埋换热器稳态传热模型，并以天津市一地源热泵实际工程为背景，模拟计算了管脚热影响因子、土壤导热系数等对U型管桩埋换热器的传热特性的影响。     

埋地换热器理论模型与周围土壤温度数值模拟

提出内热源型埋地换热器理论模型，建立换热器周围土壤热湿传递物理数学模型。内热源模型综合考虑热湿迁移、土壤物性等各方面因素，将埋设于土壤中的换热器处理为等效内热源。采用专业多孔介质计算软件Autough2对模型进行模拟计算。着重模拟计算不同土壤物性、不同换热器运行方式对单根U型垂直埋管换热器周围土壤温度场影响的模拟计算与分析。     

竖直U型埋管地下换热器的传热模型

以钻孔壁为界,将所研究的传热区域划分为土壤部分和钻孔内两部分.对于钻孔外土壤部分的传热过程,采用线热源理论建立非稳态模型进行分析讨论;在钻孔内,对一维模型和二维模型进行了对比,从而得出增强地下换热器换热的措施.     

埋地换热器在渗流中的三维温度场模拟

为确定地下水渗流对埋地换热器的影响,建立了考虑地下水渗流的三维有限长线热源模型,综合虚拟热源法、移动热源法和格林函数法得出了有渗流时半无限大介质中有限长线热源产生的非稳态温度响应的表达式。通过matlab编程模拟温度场,分析了单个钻孔周围土壤过余温度场。模拟结果发现:地下水渗流引起水平面上温度场的变形,当量渗流速度在10-6量级时,能有效缓解热堆积;沿钻孔不同深度处的土壤过余温度不同,在钻孔中部过余温度达到最大。该文中的三维模型可用来研究不同地区、不同土壤分层构造和分层地下水流速等复杂问题,从而更准确地预测分析实际工程运行后的地下温度场变化,具有重要意义,为进一步研究考虑土壤分层和地下水分层流动下地埋管周围温度场奠定了基础。     

基于圆柱源理论模型的U型埋管换热器的模拟研究

分析了圆柱热源(热汇)理论模型,运用圆柱源理论对太阳能-土壤源联合运行热泵系统进行连续20d运行的状况进行模拟,得出联合运行模式较单独土壤源运行模式节能8%~10%,可为圆柱源理论模型应用和太阳能-土壤源热泵运行模式的选择提供参考。引入“负荷集合”思想对圆柱热源(热汇)理论模型进行改进,使其适合于对土壤源热泵的全年运行进行模拟,模拟过程更为快捷。     

地埋管间断工作进出孔平均温度预测方法研究

按不改变每天总换热量的原则,将单位长度地埋管换热孔在制冷季或制热季中每天的实际释热或取热过程简化为一个矩形释热或取热脉冲,脉冲大小为单位长度地埋管换热孔的设计释热量或设计取热量,时间为每天的等效满负荷释热或取热小时数。采用线热源理论和热流叠加原理,推导若干个矩形脉冲负荷作用后地埋管换热器进出口温度平均值的计算公式,并通过长期现场岩土热响应试验对该公式进行了验证。在已知制冷季或制热季天数和地埋管换热器每天等效满负荷工作小时的基础上,通过设定地埋管在制冷季和制热季传热流体的最高或最低温度,可用该公式计算单位长度地埋管换热孔的设计释热量或取热量。     

A two-region simulation model of vertical U-tube ground heat exchanger and its experimental verification

Heat transfer around vertical ground heat exchanger (GHE) is a common problem for the design and simulation of ground coupled heat pump (GCHP). In this paper, an updated two-region vertical U-tube GHE analytical model, which is fit for system dynamic simulation of GCHP, is proposed and developed. It divides the heat transfer region of GHE into two parts at the boundary of borehole wall, and the two regions are coupled by the temperature of borehole wall. Both steady and transient heat transfer method are used to analyze the heat transfer process inside and outside borehole, respectively. The transient borehole wall temperature is calculated for the soil region outside borehole by use of a variable heat flux cylindrical source model. As for the region inside borehole, considering the variation of fluid temperature along the borehole length and the heat interference between two adjacent legs of U-tube, a quasi-three dimensional steady-state heat transfer analytical model for the borehole is developed based on the element energy conservation. The implement process of the model used in the dynamic simulation of GCHPs is illuminated in detail and the application calculation example for it is also presented. The experimental validation on the model is performed in a solar-geothermal multifunctional heat pump experiment system with two vertical boreholes and each with a 30 m vertical 1 1/4 in nominal diameter HDPE single U-tube GHE, the results indicate that the calculated fluid outlet temperatures of GHE by the model are agreed well with the corresponding test data and the guess relative error is less than 6%.     

土壤源热泵埋地换热器的简便计算

土壤源热泵是利用土壤作为吸热和排热源的一种高效、节能、环保的热泵技术,近年来得到了快速的发展。本文介绍了一种简化的土壤与埋地换热器的传热数学模型,并利用Foxpro编制了简便、快速的计算程序。