地埋管长度计算中关键参数的计算方法研究

地埋管换热器是地源热泵系统的核心组件,文中对基于线热源理论的地埋管换热器长度计算中的关键参数计算进行了讨论。将典型气象年数据应用在确定最热月、最冷月和地表面年平均温度上。引入平衡温度的概念,计算建筑物逐时负荷。进而提出由建筑物逐时负荷和水源热泵机组性能拟合曲线,计算地源热泵系统制冷运行系数和制热运行系数的方法。给出热泵机组最高进液温度、最低进液温度、钻孔热阻和土壤热阻等地埋管长度计算关键参数的选取、计算方法。最后提出垂直U形地埋管换热器长度计算步骤。     

土壤源热泵单U型埋管换热器短期运行换热分析

单U型管是当前土壤源热泵系统广泛使用的地下换热器形式,而地下换热器是地源热泵系统的重要组成部分。考虑U型管的实际形状,借助数学方法和数值分析软件,建立了地下垂直埋管换热器传热模型,并通过编程求解数学模型,得到了系统短期运行不同工况下埋管周围土壤的温度场分布情况。通过分析得出土壤导热系数、土壤比热、钻孔回填材料导热系数以及U型管间距的大小对埋管的换热性能具有直接影响。得出的结果可为合理设计地下埋管换热器提供参考。     

冷却塔辅助地源热泵系统设计及运行控制策略优化

土壤热平衡对地源热泵系统的长期稳定运行和经济性能具有重要影响.地下埋管换热器换热情况复杂,各地区地域特征和气候具有较大的差异性,且建筑物类型的多样性,需要针对具体工程开展有针对性的研究.以南通地区住宅建筑为例,利用Design Builder能耗模拟软件,进行了全年逐时负荷计算.运用TRNSYS建立了冷却塔辅助地源热泵系统动态仿真模型,对系统冷却塔容量的确定和运行控制策略进行了优化.综合初期投资和运行费用,冷却塔按50%容量选型,与地埋管串联,源侧热泵出口和土壤温度差值大于等于10℃.而且,冷凝器入口温度和当地湿球温度的差值大于等于4℃开启运行,为经济性能最好的方案.     

动态负荷下地源热泵供暖的经济性分析

以实际地源热泵工程为例,运用清华大学 Dest软件对建筑供暖季的逐时热负荷进行模拟,并进行设备的选择以及初投资计算.根据该逐时热负荷确定每小时启动的设备及台数,计算出每小时的运行费用,然后将逐时运行费用累加即得全年冬季的总运行费用.并将常规燃气锅炉供暖与地源热泵供暖进行技术经济分析,运用费用年值指标对两种方案进行比较.结果表明在本工程中地源热泵供暖方案比常规燃气锅炉方案更经济合理,在冬季供暖中具有明显的技术经济优势.     

基于全寿命周期成本的地埋管地源热泵系统间歇运行能效分析

间歇运行状态影响竖埋管地源热泵系统的换热性能,进而影响系统的全寿命周期成本(LCC)。利用DeST软件对某办公建筑进行了逐时负荷模拟分析,建立了地下换热器三维管群换热模型以及热泵系统各部分的能耗模型,通过对热泵系统在连续运行15年和间歇运行15年工况下的计算结果进行对比分析,间歇运行的LCC值相对于连续运行的LCC值降低了13.45%,间歇运行模式在热泵系统全寿命周期内的平均节能率为17.20%。间歇运行模式可以有效的提高系统能效和降低LCC值。     

地源热泵地埋管换热系统热堆积分析

针对一高层住宅负荷进行计算分析,应用Fluent软件模拟该住宅小区地源热泵系统整个地下的埋管温度场情况,分析排热量与取热量比值不同的情况下,地下温度逐年变化趋势,模拟若干年后地下土壤的温度变化,与初始值比较,发现温度有不同程度的上升,将这些堆积的热耗散掉所需要的时间较长,提出地源热泵系统地下热堆积问题的解决方案。     

矩形直肋地埋管换热器换热特性模拟分析

为强化地源热泵系统竖直地埋管换热器换热性能,设计了一种矩形直肋地埋管换热器,建立了矩形直肋地埋管换热器地下传热模型,利用Matlab软件模拟分析了直肋地埋管结构参数、运行参数对单U型和双U型地埋管换热器换热性能的影响。结果表明:当入口水温32℃,流速0.6 m/s,埋深100 m时,8片直肋单U型与双U型PE地埋管的单位埋深换热量与光滑管相比,分别提高了19.12%和18.28%。根据矩形直肋地埋管各参数与单位埋深换热量的相关性分析,肋片高度和肋片个数对换热性能的影响最为显著。     

联供模式地下换热器温变及其热泵效能分析

在地下换热器G函数理论基础上,建立了地源热泵热力过程计算模型。研究了地下换热器和热泵运行的基本性能,及其单供和联供的主要差异。通过计算孔井壁面温度及地下换热器进、出口流体温度,对热泵能效比、能耗等热力参数进行了对比分析。以严寒地区和夏热冬冷地区为例,结合冷热负荷需求,研究了冷热单供与联供方式对地下换热器温变和热泵效能的影响作用。     

闭环地源热泵系统设计研究

闭环地源热泵系统与传统空调系统的区别在于增加了地热换热器，因此地热换热器的合理设计是提高热泵系统效率和经济性的关键。文章介绍了地热换热器的形式，提出了竖直埋管地热换热器的传热模型、设计方法以及地下环路循环泵的选择方法．     

岩土地下换热器热泵系统长期运行状况预测分析

在岩土地下换热器G函数理论的基础上,建立地源热泵热力系统模拟计算模型,提出了基于模型的系统长期运行状况分析方法。以严寒地区为例研究了近三年冬季供暖过程运行状况,模拟分析了地下换热器进、出口流体温度变化规律、热泵机组能效比和系统能耗特性,并与实测结果进行了对比。结果证明了模型及分析方法可行,可为进一步开展更广泛的预测分析提供有效途径。     

地源热泵系统的模拟与设计

总结了近年来地源热泵系统的模拟和设计方面的研究和进展。首先给出了地源热泵系统各部件建模方面的进展 ,包括竖直埋管地热换热器、单井循环系统以及在地源热泵混合系统中采用的几种辅助散热装置。其次 ,讨论现场测定深层岩土热物性的技术。第三 ,介绍竖直埋管地热换热器的设计方法。最后 ,给出在设计地源热泵系统中采用系统模拟的几个应用实例     

U型地埋管地源热泵系统换热试验研究

文中介绍了垂直U型埋地换热器地源热泵系统的现场换热试验方法,并结合某地源热泵示范工程,通过垂直竖井单U型管埋地换热器的现场换热试验,研究了地下换热器的进出水温差和平均温度,冬夏季地源热泵的吸（排）热量、制热（冷）量及循环性能,为地源热泵的工程设计提供了参考。     

地源热泵系统的模拟与设计

总结了近年来地源热泵系统的模拟和设计方面的研究和进展.首先给出了地源热泵系统各部件建模方面的进展,包括竖直埋管地热换热器、单井循环系统以及在地源热泵混合系统中采用的几种辅助散热装置.其次,讨论现场测定深层岩土热物性的技术.第三,介绍竖直埋管地热换热器的设计方法.最后,给出在设计地源热泵系统中采用系统模拟的几个应用实例.     

土壤冻结对地热换热器传热的影响

研究了土壤冻结对地源热泵系统中的地热换热器与其周围土壤的热交换过程的影响。探讨了土壤水分含量、斯蒂芬数、土壤初始温度（即地温）等对周围土壤温度分布、冻结锋面发展等的影响,并与不考虑土壤冻结情况作了对比分析。当考虑土壤中水分冻结时,由于冻结时放出大量的潜热,且冰的导热系数大,因此计算出地下埋管周围的土壤平均温度高,传热热阻小,设计的地热换热器规模可以变小,亦即可以减小钻孔的深度或钻孔的数量,从而可以减小地源热泵系统的初投资。另外也扩大了地下回路中防冻液的选择范围。当土壤含湿量大、土壤初始温度高时,对于系统的设计与运行是有利的。     

太阳能土壤源热泵蓄热过程中的数值模拟

建立了太阳能土壤源热泵系统蓄热过程的数学模型,在求解模型时考虑了换热器管壁和土壤的接触热阻,定义了一个综合换热系数;在蓄热量的计算上,把换热器沿深度方向上离散成M份,算出每段的蓄热量相价后得出总换热量。文中采用了有限单元法对地下垂直埋管周围土壤的非稳态温度场进行了数值模拟,分析了换热器周围土壤温度变化的规律。     

地热换热器间歇运行工况分析

地源热泵应用推广的关键和难点是地热换热器的设计和运行模拟,大多数工程应用均采用简单而又实用的线热源模型。本文利用线热源解模拟出地热换热器周围土壤的温度响应,对于随时间变化的负荷或间歇负荷可以近似用一系列的矩形脉冲热（或冷）负荷来代替。因此,采用了迭加原理来分析计算随时间变化的 间歇 负荷引起的温度响应。通过模拟计算发现,在计算流体的最大温升值时,可以把间歇工作的周期性脉冲热流简化为一个持续作用的平均 热负荷和一个脉冲负荷的和。这为地 热换热器的设计计算提供了一种简单实用的方法。通过编程模拟还证明,对于地热换热器来说,冷热负荷平衡的工况是最理想的工况,长期运行不会引起地层中热量（冷量）积累而使地热换热器性能退化。     

严寒地区高速公路建筑空气-土壤源热泵系统节能性运行策略研究

针对严寒地区地源热泵系统供暖出现土壤热不平衡问题,研究提出使用空气-土壤复合式地源热泵系统,以期减小土壤热不平衡性.文中基于TRNSYS软件对某高速公路服务区建筑空气-土壤源热泵系统节能性开展案例研究,通过对建筑全年逐时负荷的动态仿真模拟和分析,从节能性角度对比空气-土壤源热泵系统在6种负荷分担比例运行策略下的能效差异...     

U型埋管地源热泵系统实验研究

结合一地源热泵示范工程,建立了垂直竖井与地基桩单 U 型管埋地换热器联合使用的地源热泵系统的综合性能实验装置。通过对全年运行测试数据的分析,研究了地下换热器的进出水温差和平均温度,冬夏季地源热泵的吸(排)热量、制热(冷)量及循环性能,为地源热泵的工程设计提供了参考。     

岩土温度场对垂直地埋管换热影响的数值分析

模拟夏季制冷条件下地源热泵地埋管周围岩土层非稳态传热过程,分析了钻孔外岩土区域温度场热作用特性及影响因素.利用多层岩土传热模型,研究距钻孔一定距离处岩土温度场分布随运行时间的变化规律,分析钻孔内回填土导热系数对换热器传热性能及周围岩土温度场的影响.模拟结果可为地源热泵地埋管换热器的动态模拟及设计提供参考.     

地热换热器间歇运行工况分析

地源热泵应用推广的关键和难点是地热换热器的设计和运行模拟,大多数工程应用均采用简单而又实用的线热源模型。本文利用线热源解模拟出地热换热器周围土壤的温度响应,对于随时间变化的负荷或间歇负荷可以近似用一系列的矩形脉冲热(或冷)负荷来代替。因此,采用了迭加原理来分析计算随时间变化的间歇负荷引起的温度响应。通过模拟计算发现,在计算流体的最大温升值时,可以把间歇工作的周期性脉冲热流简化为一个持续作用的平均热负荷和一个脉冲负荷的和。这为地热换热器的设计计算提供了一种简单实用的方法。通过编程模拟还证明,对于地热换热器来说,冷热负荷平衡的工况是最理想的工况,长期运行不会引起地层中热量(冷量)积累而使地热换热器性能退化。