地源热泵间歇运行对地埋管换热器性能的影响

运用二维非稳态导热模型对地源热泵夏季间歇运行模式地埋管换热器的换热特征进行了数值模拟,分析了间歇运行模式对地埋管换热器性能的影响。热泵停机后各处平均温度及平均线热流密度在穿透时间内将延续换热器正常运行时的变化规律;在总运行时间相同的条件下,开停机次数适当增加,可以有效改善地埋管换热器的性能。     

地下水渗流对单孔地埋管换热器换热性能影响的数值模拟

建立了二维地下水渗流条件下地埋管换热器的数值计算模型,对单孔地埋管换热器周围的土壤温度场进行了数值模拟。为了验证数值模拟方法的可行性,将模拟结果与地下水渗流条件下的移动线热源理论解析解进行了对比,结果显示,当R=0.5和2.5时,模拟结果的相对误差分别为0.72%和5.42%,具有较高的精确度。模拟结果表明,当贝克来数Pe6时,即地下水渗流速度小于3×10-7 m/s(9.46m/a)时,可以忽略地下水渗流产生的对流换热的影响。     

用动态模拟方法设计U形地埋管换热器

给出了U形地埋管换热器的数值模型.利用实测数据对比验证了自主开发的模拟软件的准确性.在模拟建筑全年动态负荷的基础上,采用该模拟软件对某地源热泵工程地埋管换热器进行了30年的逐时模拟,确定了埋管方案.指出不能采用单位深度换热量设计地源热泵换热器,必须进行动态模拟.     

基于热响应测试的分层土壤地埋管换热器数值模拟研究

结合热响应测试数据,建立了三维分层土壤地埋管换热器非稳态模型,并进行了验证。通过分析比较单层、分层土壤地埋管换热器模型,结果显示分层土壤地埋管模型误差较小;通过分层土壤地埋管模型分析了100 m、80 m、60 m深度埋管的换热性能,结果显示增加埋深时,单位延米换热量随着埋深的增加而减小,验证了热短路现象存在性。     

套管式地埋管换热器传热模型研究

传热模型是套管式地埋管换热器设计和模拟的重要依据,现有套管式地埋管换热器传热模型存在精度低或计算时间较长的问题。提出了一种新的套管式地埋管换热器传热模型：采用热阻热容模型分析钻孔内的二维(径向和轴向)传热,采用无限柱热源模型分析钻孔外的一维(径向)传热。将该模型应用于一个分布式热响应测试,并将模拟结果与实验数据及其他模型结果进行了对比。结果显示,该模型的计算结果与实验结果吻合较好,所计算的短时间内的流体温度分布及进出口流体温度具有较高的精度。     

地源热泵及地下蓄能系统的实验研究

采用系统能量平衡结合热传导方程建立二维温度场模型求解地下蓄能系统埋管换热器的全年动态传热特性。介绍了计算地下温度场的分布情况、单位埋管深度换热量、平均传热系数、进出地下埋管的水温和埋管换热器面积的方法。     

回填料对地埋管换热器性能的影响

采用了地埋管换热器三维非稳态耦合传热的物理数学模型,针对实际的地埋管结构和热响应测试工况进行了相应的数值模拟.将模拟计算结果与TRT热响应测试结果进行了比较,验证了所建模型的正确性.在此基础上,考察了地埋管换热器回填料导热系数及比热等物性参数对地埋管换热器性能的影响关系,为热响应测试以及工程设计提供有益的理论指导.     

单U地埋管换热器分层模型夏季实验验证

本文以竖直单U地埋管换热器为对象,依托某一实际工程建立了分层换热模型,通过该工程的夏季工况测试数据对分层模型进行了验证。结果显示,模拟值与测试值相对误差均较小,模型具有较高的计算精度,可为竖直单U地埋管地源热泵研究与工程设计提供参考。     

严寒地区跨季节空气-U形地埋管土壤蓄热特性模拟与实验验证

为了解决严寒地区长期使用地埋管地源热泵所引起的土壤温度逐年降低问题,提出利用现有设备实现跨季节空气-土壤蓄热思想,建立了室外空气换热器和竖直U形地埋管换热器的非稳态传热模型。分别对3种运行模式在4种埋深情况下的土壤蓄热特性进行了模拟分析。结果显示,蓄热能效比为8.1～17.0;经综合比较可知,采用50m埋深、第2种模式蓄热更加经济高效。通过实验验证了所建模型的正确性。     

水平地埋管换热器在防护工程内的应用研究

建立了地埋管换热器传热模型,并对模型的可靠性进行了实验验证。利用该模型,对埋设于围岩与岩土之间(即埋深为0.5m)的地埋管的换热和围护结构表面散热量进行了分析。定量分析了埋管深度、隔热层厚度、岩土种类对围护结构表面散热量的影响。     

回填材料对土壤热泵U型埋管换热器性能的影响

本文以能量守恒和质量守恒为基础建立了土壤耦合热泵U型埋管换热器三维非稳态模型,重点研究了回填材料导热率对U型埋管换热器换热性能的影响。结果表明:强化换热型回填材料可以大幅度提高钻井换热器的换热能力,钻井的换热能力随着回填材料导热率的增加而不断提高,但回填材料导热率并非越高越好,而是应该稍高于钻井周围岩土层的导热率。     

混合式地源热泵控制方法分析

通过实验分析得出混合式地源热泵在工程应用中的意义,指出地源热泵运行时其地埋管换热器全年吸/排热平衡的重要性.混合式地源热泵在工程应用时,主要作用之一是维持地埋管换热器的全年"热平衡".通过对南京地区几类常见的典型建筑进行全年能耗模拟,得出不同建筑冬、夏季地埋管换热器吸/排热的比例.结合具体混合式地源热泵实验,分析出基于全年地埋管换热器"热平衡"的不同类型建筑应用混合式地源热泵时的控制方法和控制参数.     

Development of a numerical model to predict heat exchange rates for a ground-source heat pump system

Ground-source heat pump (GSHP) systems can achieve a higher coefficient of performance than conventional air-source heat pump (ASHP) systems. For the design of a GSHP system, it is necessary to accurately predict the heat extraction and injection rates of the heat exchanger. Many models that combine ground heat conduction and heat exchangers have been proposed to predict heat extraction/injection rates from/into the ground in the research field of heating, ventilation and air-conditioning systems. However, most analysis models are inaccurate in their predictions for long periods because they are based on a thermal conduction model using a cylindrical coordinate model or an equivalent diameter model. In this paper, a numerical model that combines a heat transport model with ground water flow and a heat exchanger model with an exact shape is developed. Furthermore, a method for estimating soil properties based on ground investigations is proposed. Comparison between experimental results and numerical analysis based on the model developed above was conducted under the conditions of an experiment from 2004. The analytical results agreed well with the experimental results. Finally, the proposed model was used to predict the heat exchange rate for an actual office building in Japan.     

成都市某商业建筑地源热泵地下换热器动态模拟

对成都市某商业建筑地源热泵地下换热器进行动态模拟,解决地下冷热不平衡的问题。采用Design Builder(DB)软件对建筑冷、热逐时负荷进行计算。设计提出两种冷热源方案:空调热泵+热水锅炉、空调热泵+热回收热水机。采用动态数值模拟方法对U形地埋管换热器进行计算。结果表明:方案一地下换热器的累积吸放热量严重不平衡,方案二基本平衡。在冷热源方案二中,对750孔的地下换热器进行连续30年的动态模拟分析,地下温度可以保证系统正常运行。     

地源热泵竖埋U形换热器一维数值模型

地下换热器传热模型是地源热泵系统长期运行性能预测的基础。基于合理的简化处理,在柱坐标下建立了一种新的单孔及多孔竖埋U形换热器一维非稳态传热数值模型,并给出了求解算法。该模型基于任意时变冷热负荷,预测换热器进出水温及地温。用3组单孔实测数据进行了验证,出口水温模拟值与实测值最大绝对偏差为0.8℃,说明模型可靠准确。全年逐时动态模拟消耗机时不足1 min。综观计算功能、准确性及快速性,本模型可以作为地源热泵地下换热器设计分析的强有力的工具。     

竖直U形地埋管换热器优化设计

以地埋管地源热泵系统模型为基础,引入竖直U形地埋管换热器的DST模型,将钻孔深度、钻孔间距和钻孔数量作为热泵系统的设计优化变量,通过全寿命周期内的系统运行模拟,提出了确定热泵系统换热器组群最优组合形式的方法。为地埋管地源热泵系统的方案优选和运行策略的评估提供了必要的理论依据。     

添加隔热板对竖直U型地埋管换热器换热能力的影响

本文就如何减轻竖直U型地埋管换热器2个支管间的热短路损失、提高地源热泵系统的单位井深换热量进行了研究。在对竖直U型地埋管钻孔内准三维传热模型进行研究的基础上,运用数值模拟的方法对竖直U型地埋管换热器有、无隔热板2种情况下的换热能力进行了分析。     

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。