土壤源热泵夏季运行特性的实验研究

开展夏季制冷工况土壤源热泵运行特性的实验研究,采用改变埋管换热器流量及运行时间的方法,对地下埋管换热器的特性及其周围温度场变化规律、该系统循环性能的实验结果进行了总结和分析.获取了不同运行条件下该系统排热量和吸热量的实验结果,总结出了本地区土壤源热泵系统的一般运行规律.     

双U型地埋管换热器模型的建立及实验验证

地埋管换热器与土壤的换热状况,直接影响到土壤源热泵系统的运行性能.因而建立恰当的地埋管换热器模型,对埋管与土壤的传热研究至关重要.根据钻孔内外传热的不同特点,建立了钻孔内准三维稳态导热数学模型和钻孔外二维非稳态导热数学模型;并以钻孔壁为纽带,将内、外模型组建成完整的地埋管换热器模型.进而利用Ansys有限元法建立其物理模型并进行求解.通过热响应实验,充分验证了该模型的可靠性.这为建立土壤源热泵系统模型,模拟系统长期变负荷工况运行下土壤热堆积情况奠定了坚实基础.     

不同方式地下埋管换热器的实验研究

埋地换热器换热性能是地源热泵设计基础,针对不同埋管方式埋地换热器建立了砂石回填单 U 型、双 U 型井埋管和混凝土回填单 U 型井埋管的单井实验系统,开展埋地换热器单井的换热性能实验研究。研究了不同的土壤物性、回填材料、埋管数量和运行工况下单井换热器换热性能。     

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。     

太阳能-土壤源热泵系统仿真建模及运行研究

基于太阳能-土壤源热泵系统各部件之间的耦合关系,建立了太阳能-土壤源热泵系统中热泵机组、地下埋管换热器、太阳能集热器及蓄热水箱等各组成部分的仿真模型,对某一实际工程应用DeST软件计算建筑物负荷,并建立了太阳能-土壤源热泵系统的模型,分析研究了该系统在动态和静态两种运行模式下的性能特征,并得出两种运行状态下系统平均制热性能系数COPh值分别达到3.5和2.98.     

回填材料对埋地换热器传热性能的影响研究

在天津地区开展了3种不同回填材料的埋地换热器换热特性实验研究,获得了地下换热量随管内流体平均温度的实测变化曲线,并对该3种回填材料下的实验结果进行了比较分析.实验结果表明,地下换热量与流体平均温度之间呈线性变化规律.随着回填材料导热系数的增加,可以显著减小钻孔内的导热热阻,这有利于改善粘土质土壤与埋管换热器之间的传热性能,提高地源热泵系统运行的稳定性.     

湖南地区土壤源热泵制冷运行特性的实验研究

以南华大学土壤源热泵系统为研究对象,对夏季制冷运行特性进行实验研究。测得了热泵运行前土壤原始温度分布,测试了热泵机组连续和间隙运行时,管壁处土壤温度变化情况,埋管侧进出口水温的变化情况以及埋管换热器的换热情况。研究结果表明:土壤原始温度为19.77℃,与连续运行相比,间隙运行下管壁处土壤温度降低了2.3℃,埋管侧进出口水温分别降低了2℃和2.3℃,单位管长深换热量提高了25%。     

地埋管换热器非稳态换热性能的实验研究

通过对一个土壤源热泵系统非稳态连续制冷工况运行情况的测试,总结了土壤温度、埋地管换热器进出口水温及换热性能随时间的变化规律,比较了3种换热器在非稳态连续换热过程换热性能的差异.对比实验结果发现,双U形管换热器单位井深换热能力最强,是单U形管的1.05倍,是套管的1.73倍.比较了这3种换热器管内的流动阻力.     

土壤源热泵地埋管换热实验研究

在不同的钻井和埋管结构中,利用实验装置及测试系统运行不同地埋管进水温度、进水流速等数种工况,根据土壤源热泵地埋管实际运行的测试结果讨论地埋管进水温度、流量、埋管类型、钻井深度以及运行方式对单位井深换热量的影响。实验表明,提高进水温度、流量、钻井深度以及选择合适的埋管类型可增强地埋管换热能力,间歇运行方式能够最大程度利用土壤蓄能特性,使地埋管始终能够高效换热,相比连续运行提高了33．9％,但进水温度、流量和钻井深度不能无限增大,其大小的选择需要考虑土壤源热泵主机运行性能和经济性。     

地源热泵与地表热能

闭环埋地换热器与周围土壤和岩石层的热量交换速率是闭环地源热泵系统设计和成功运行的关键。在对地表热能概念进行论述分析的基础上,对桩埋换热器的特性进行了模拟实验,为地源热泵更广泛的应用提供了依据。     

水平埋管换热器地热源热泵实验研究及传热模型

介绍了于1998年所建成的埋深分别为0.9m和1.8m的双层水平埋管地热源热泵系统,内容包括实验装置、换热器几何尺寸、测试仪表及测试数据的处理方法等,并用典型日分析了该系统的制冷和制热性能。同时,又对影响地热源热泵系统性能的诸多因素中的埋管尺寸及热泵运行方案等因素作了分析。另外,本文参考VC.Mei传热模型并根据热传导方程建立了水平埋管换热器传热模型。     

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。     

水平埋管周围土壤温度场数值模拟研究

建立了应用于地源热泵系统的水平埋管的传热数学模型,并采用 ANSYS 软件模拟了埋深为 3 m 的水平埋管在冬夏运行工况下周围土壤的温度场变化。根据选取的特定时间比较了单管和双管水平埋管在相同工况下周围土壤温度场,得出各自的影响半径,为水平埋管换热器的埋设提供了参考。     

哈尔滨季节性土壤蓄冷不同蓄冷模式

为降低夏季空调能耗,减少土壤源热泵系统初投资,提出自然冷源季节性土壤蓄冷系统,建立季节性土壤蓄冷垂直U型埋管和室外空气换热器的非稳态传热模型.引入显热容模型对哈尔滨地区系统的运行特性进行模拟计算,研究5种不同蓄冷模式,得出不同模式下系统的蓄冷量、预蓄冷时间、释冷量、释冷温度、COP值以及埋管周围土壤的温度场.模拟结果显示系统的COP值在9.92～14.15,节能效果显著,释冷温度和释冷量可满足空调需要,证明该系统应用于严寒地区是可行的.     

基于多极理论传热模型的垂直U型地埋管传热特性研究

地埋管循环介质出口温度不仅仅反映了地埋管的换热能力,同时极大地影响着热泵主机的运行效率,是地埋管换热过程的一个重要能效特性参数,可通过引入能效系数来反映。文基于地埋管轴向流动多极理论传热模型对不同的回填材料物性、支管间距、地埋管埋设深度、土壤物性、管内循环介质流速条件下地埋管传热过程进行动态模拟和分析,得出了各重要特性参数的变化对U型地埋管传热能效的影响规律,可为土壤源热泵地埋管换热器的设计提供参考。     

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     

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.     

制冷工况下水平埋管换热器运行试验研究

通过夏季工况的地源热泵运行试验,对运行过程中水平埋管的换热性能参数、试验场地周围气象因素和换热过程中土体的温湿度变化等因素进行实时监测,探讨了地源热泵运行过程中水平埋管换热器热交换性能及其周围土壤的温、湿度场变化规律。研究结果表明,地源热泵间隙运行有利于土壤温度场的恢复,随着停机时间的增加,水平埋管与周围土壤的热交换能力明显提高;气候变化对水平埋管周围土壤的温度场分布具有显著影响,随着埋深的递减,土壤温度受气候变化的影响越明显;水平埋管周围土壤温度的变化幅度随着与埋管距离的增加呈递减趋势,其影响半径为1.0m左右;热交换对水平埋管周围土壤湿度场的影响不明显,但大气降雨引起的地表水入渗对土壤湿度场的分布具有显著影响。     

地源热泵地埋管多层岩土温度场的数值分析

将地埋管周围同物性岩土分层,模拟地源热泵地埋管夏季制冷条件下各岩土层非稳态传热过程;与一般传热模型模拟结果对比,分析钻孔外岩土区域温度场热作用特性.利用多层岩土传热模型,研究了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,以及进口流体速度、土壤热物参数对地埋管周围岩土温度场分布的影响.计算结果可为地源热泵地埋管换热器的动态模拟、优化设计提供参考.     

地源热泵系统土壤温度变化的影响因素分析

对实际运行的地源热泵系统土壤温度进行了分析,获得了土壤温度受地源热泵的释/吸热不平衡、释吸热量以及土壤过渡季自然恢复能力等因素的影响情况.研究结果表明,系统初期的运行模式对土壤温度具有重要的影响.试验系统在供热季末期吸热量为1 106 k W h以下时土壤温度可以自动回升,在供冷季末期释热量为1 350 k W h以下时,土壤温度也可以自动下降.在文中土壤条件下过渡季对土壤温度的恢复作用十分有限,土壤温度的动态平衡主要依赖地埋管换热器的全年热平衡.根据空调系统的冷热负荷差异,在设计和运行时通过必要措施来避免地埋管换热器的热失衡,是地源热泵系统长期可靠运行的关键.