竖直地埋管蓄取热特性试验与模拟

在搭建的砂箱试验台试验分析了在单一工况蓄/取热运行模式对双U地埋管动态传热特性的影响。在试验验证的基础上,建立三维动态传热数理模型,数值分析了单一工况运行模式下土壤分层和地埋管管径等因素对双U型地埋管土壤传热特性的影响,并对比分析了单/双U型地埋管传热特性。试验研究结果表明:单一蓄/取热下,连续运行时土壤温度变化幅度随径向距离的增加而减小;蓄热时,进口温度为50 ℃和60 ℃的单位井深换热量要明显比进口温度为40 ℃时高;取热时,进口温度为4.2 ℃的单位井深换热量较进口温度为6.8 ℃时高。间歇蓄热运行模式下土壤温度波动幅度随开停比的减小而增加;间歇取热运行模式下在同一时间内开停比越小,土壤温度越接近土壤初温。模拟研究结果发现:在土壤分层下,双U型地埋管单位井深换热量较单U型地埋管单位井深换热量高19.87%;土壤温度均随地埋管管径的增加而增加,单U型地埋管以管径为32 mm时的单位井深换热量为最好,而双U型地埋管以管径为25 mm时的单位井深换热量为最好,前者单位井深换热量较后者低11.56%。     

耦合抽-灌井式埋地换热系统咸水层传热过程研究北大核心CSCD

基于多孔介质传热、传质控制方程与线热源理论,以耦合抽-灌井式埋管换热系统为研究对象,建立埋地换热器及咸水层水-热-盐运移耦合数学模型。选用有限元计算软件FEFLOW6.1针对不同运行模式下咸水层温度场演变规律与传热过程开展模拟研究。计算结果得到,单独使用埋管换热系统,运行8年后观测井2所在咸水层温度上升1.4℃;采用耦合式系统,相同观测点未出现升温趋势,有效避免"热堆积"发生。在抽-灌水量不变条件下,采用去离子水回灌时观测井1所在中粉砂咸水层达西流速高于原水回灌工况54%。研究表明,回灌溶液盐度降低是诱导地下水渗流速度上升,对流换热与热弥散效应增强的主要作用机制。     

耦合抽-灌井式埋地换热系统咸水层传热过程研究

基于多孔介质传热、传质控制方程与线热源理论,以耦合抽-灌井式埋管换热系统为研究对象,建立埋地换热器及咸水层水-热-盐运移耦合数学模型。选用有限元计算软件FEFLOW6.1针对不同运行模式下咸水层温度场演变规律与传热过程开展模拟研究。计算结果得到,单独使用埋管换热系统,运行8年后观测井2所在咸水层温度上升1.4℃;采用耦合式系统,相同观测点未出现升温趋势,有效避免"热堆积"发生。在抽-灌水量不变条件下,采用去离子水回灌时观测井1所在中粉砂咸水层达西流速高于原水回灌工况54%。研究表明,回灌溶液盐度降低是诱导地下水渗流速度上升,对流换热与热弥散效应增强的主要作用机制。     

地埋管热响应测试及数据分析方法

对上海某商务楼垂直地埋管换热器进行热响应测试,该商务楼占地面积大,在相隔300m两个地块分别钻三口测试井.本测试的特点是:地埋管换热器有效换热深度大,测试内容包括单U型及双U型地埋管,根据测试要求设定不同的循环流速.采用一维线热源模型对测试数据进行科学严谨的分析,本文将给出计算土壤导热系数、垂直地埋管换热器传热热阻及确定单位井深换热量方法.试验数据具有很强的对比性并能验证测试准确度.测试结果表明,该测试点的土壤导热系数为1.84～1.94 W/(m·K);相同埋管形式与管径地埋管换热器,传热热阻相同.本测试中双U型φ32埋管热阻大于双U型φ25热阻,单U型φ32型埋管热阻最大.应用线热源模整理出计算给定进水温度下的单位井深换热量公式,并计算出不同埋管形式及循环水流量下的单位井深换热量.     

基于双U地埋管蓄取热耦合工况下土壤动态传热特性试验研究

为了探索蓄取热耦合工况下双U竖直地埋管周围土壤动态传热特性,自行搭建砂箱试验台,试验研究了蓄热取热耦合(冷热交替)运行模式对土壤温度分布和单位井深换热量的影响。试验结果表明:土壤温度随运行时间呈现出周期性上下波动的变化规律;随着径向距离增加,土壤温度上下波动幅度减小;单位井深换热量则呈现先急剧跃升后再下降趋于稳定,随后再急剧跃升的周期性变化规律;等功率、变蓄热功率和变取热功率三种工况中,连续运行模式下等功率工况的土壤温度上下波动幅度最小,而间歇运行模式下变取热功率工况的土壤温度上下波动幅度最小;连续运行模式下的平均单位井深换热量以等功率工况为最高,而间歇运行模式下的则以变蓄热功率工况为最高。     

夏热冬冷地区土壤源热泵运行特性的研究

根据对夏热冬冷地区土壤源热泵夏季运行性能的实测,对夏热冬冷地区某办公楼土壤源热泵系统夏季制冷工况的连续运行特性与间歇运行特性进行了试验研究。实测结果表明:夏热冬冷地区夏季土壤进入准稳态阶段所需时间约7~8 h,其单位埋管换热量及系统COP分别为47.7~49.3W/m和2.34~2.52,平均值分别为48.3W/m和2.37。同时,根据建筑负荷特性,在满足房间舒适度的前提下,采用可控间歇运行方式来合理地调节开停机时间比例,可改善埋管周围土壤温度变化趋势、弥补地下传热慢的不足、强化地下传热过程,从而提高浅层地热能的利用效率。     

地源热泵U型管换热器夏季工况试验分析

U型管换热器设计是土壤源热泵系统应用的关键,埋管深度、管内流速、土壤初始温度、运行模式等都是影响其性能的主要因素,利用上海地区所建设的不同埋深U型换热器(60m,90m)土壤源热泵试验装置,进行了夏季工况试验,测得热泵运行前土壤初始温度分布;测试了热泵机组间歇和连续运行时换热器的换热情况;还针对不同埋管内冷却水流速,测得到了单位孔深换热量,结果表明增加冷却水流速并不能一味地提高其每延米换热量,埋管内冷却水流速存在一个最佳值。     

土壤源热泵系统埋地换热器换热性能研究

对土壤源热泵系统埋地换热器的影响因素进行研究,分析三种获得土壤热物性参数的方法,得到利用现场测试法较精确.搭建实验台对埋地换热器传热量进行测试,发现室内负荷和埋管循环水流量对埋地管与土壤的换热量影响较大,利用圆柱源传热模型进行模拟验证,模拟结果与实验结果吻合较好.     

严寒地区太阳能辅助土壤源热泵系统运行策略优化

针对严寒地区建筑供能能耗大,土壤源热泵系统连年取热造成的土壤热失衡问题,以太阳能辅助土壤源热泵系统为研究对象,提出常规、多模式切换地埋管分区运行策略并对其按季度进行划分,在各季度期间设置不同的温控参数,研究不同运行策略的设置对太阳能辅助土壤源热泵系统性能的影响规律,从而得出相对最优运行策略。判优参数包括供暖保证率、机组COP、换热器取热量、土壤温度及运行费用。结果表明：与常规运行策略相比,多模式切换地埋管分区运行策略的供暖保证率100%、机组COP提升14.42%、换热器取热量减少35.3%、十年后土温升高1.13 ℃、年运行费用减少618元。     

基于圆柱源理论的热泵垂直U型地埋管模拟分析

基于圆柱源理论,建立了U型地埋管换热器传热模型,并进行了数值求解。计算结果表明,夏季U型地埋管换热器在给定进口温度和流量时,连续运行48h后,地埋管出口水温、壁面温度和单位延米换热量基本趋于稳定。单位延米换热量与热响应实验数据误差为3%,验证了模型的准确性。以某地区空调系统地埋管换热器设计为例,模拟分析了不同负荷特性下地埋管换热器的换热性能。模拟结果显示整个夏季运行中地埋管最大进口水温低于设定值37℃,满足机组运行温度要求,设计合理。可为实际的工程应用提供参考。     

水平螺旋型地埋管换热器换热特性的数值模拟与试验验证

基于有限差分法建立了水平螺旋型地埋管换热器的传热数学模型,分析了地下水渗流速度、地下水位、土壤孔隙率、土壤类型对其换热量及其周围土壤温度分布的影响,结果表明:随地下水渗流速度增加,埋管换热器周围土壤温度降低速率增加,从而可提高其换热性能;当地下水位在4.2 m以上时,地下水位越浅,带走换热器周围土壤的热量越多,换热器周围土壤温度越低;当地下水位在4.2 m以下时,地下水渗流对换热器换热量影响较小;随孔隙率增加,埋管内水温下降速率增大,埋管换热量增加。此外,土壤类型对土壤温度变化影响较大,热扩散系数高有利于土壤中热量的扩散,比热容高有利于降低土壤温度上升速率和幅度,砂岩由于其比热容和热扩散系数高,最有利于换热器运行,而黏土是最不利于换热。试验验证表明:所建水平螺旋型埋管模型预测出的换热量与对应试验值吻合较好,其最大与平均相对误差分别为9.1%与3.3%。     

地埋管回填材料与地源热泵地下温度场的测试分析

试验研究了两种不同回填材料地埋管换热器的热响应性能、地源热泵运行对地源温度场的作用.热响应测试发现回填材料黄沙+膨润土的传热能力优于水泥浆+膨润土,散热能力前者高于后者11%.对某地源热泵的运行测试发现,在地下10m地埋管井壁处土壤最高温度出现在9月初、最低温度出现在3月初,随离井距离的增加,井外测点温度出现最值的时间延后2～3个月.数据显示,一年后井外测点地下温度场有1.9～2.2K不等的温升,升高程度随离井距离的增加而增加.本文对优化地源热泵设计、探讨地源热泵的可持续运行具有参考价值.     

基于埋地换热器的强化传热研究现状及展望

地埋管换热器作为直接与岩土接触进行取/释热装置,其换热性能决定了土壤源热泵系统的运行效率。地埋管换热器强化传热研究旨在提高土壤源热泵系统运行效率及地能利用率。通过对土壤源热泵地埋管换热器的研究进行综述,论述了地埋管换热器的研究现状及发展动态,分析影响地埋管换热器换热的主要因素及强化换热措施。兼顾理论知识及工程特点,提出目前研究存在的问题,指出日后研究方向及重点,并对土壤源热泵的发展进行展望。     

土壤源热泵地下埋管传热强化与控制的试验研究

为了探讨土壤源热泵地下埋管传热强化及其控制的有效措施,基于相似理论搭建了垂直U型地下埋管换热模型试验台,进行了不同回填材料、不同间歇运行控制模式及不同进口温度对埋管周围土壤温度场及换热性能影响的试验测试;建立了垂直U型埋管准三维非稳态数值传热模型,分析了间歇运行与进口温度对土壤温度分布与埋管换热性能的影响.研究结果表明:导热性能好的回填材料能有效提高地埋管的换热能力,但考虑到两支管间热短路的增加,回填材料导热系数并非越大越好.同时,埋管换热量随运停时间比的减小和进口温度的增加而增大;此外,垂直地埋管可利用传热温差上层高于下层,因此,地埋管换热主要集中在中上层土壤.试验验证表明,所建数值模型能较好地模拟地下换热过程,其预测精度在5％以内.     

不同入住率下住宅小区复合式地源热泵系统运行策略的研究

针对住宅小区不同入住率条件下复合式地源热泵系统运行策略优化问题,以合肥市的某住宅小区为研究对象,应用TRNSYS模拟软件建立小区复合式地源热泵系统仿真模型,分别对入住率为100%、70%、50%、30%4种情况进行了仿真模拟,以地源热泵系统全年能耗及土壤温升为优化依据。结果表明:在高入住率情况下,当地埋管出口水度大于22℃时开启冷却塔为最优运行策略;在低入住率情况下,夏季靠地埋管+冷却塔散热、冬季从地埋管吸热的运行控制策略最优,极低入住率(30%以下)情况下,采用夏季靠地埋管散热、冬季从地埋管吸热的地埋管地源热泵系统更加经济。研究内容对住宅小区的复合式地源热泵系统设计和运行有一定的参考价值。     

蓄取热工况下同轴套管式地埋管换热器周围土壤温度变化规律

为研究不同因素对同轴套管式地埋管周围土壤温度的影响,建立三维同轴套管式地埋管换热器非稳态传热数理模型,利用自建实验台开展试验对数理模型进行试验验证。在此基础上,对蓄取热工况下同轴套管式地埋管的非稳态传热过程进行数值模拟研究,分析了管径、回填材料、土壤初始温度等因素对同轴套管式地埋管周围土壤温度的影响,获得了不同因素对套管式地埋管换热器周围温度场的影响规律。研究结果表明：外管径相同时,内管径的变化对周围土壤温度场影响较小;径向距离0.4 m处,土壤初始温度为14℃时地埋管周围土壤温度最高为17.803℃;循环介质选用氯化钙比选用水换热量提高约23%。试验验证表明,所建模型最大相对误差为12.5%,具有合理性。研究结果显示蓄热时土壤初始温度越高的地区越有利于地埋管周围土壤储存热量,取热时循环介质选择氯化钙溶液可使系统高效运行。     

地埋管换热器传热特性模拟与试验研究

利用土壤源热泵试验系统,进行不同埋管间距下夏季连续运行试验,用FLUENT软件建立竖直U型地埋管换热器与土壤间的传热模型,对不同管间距的U型地埋管周围土壤温度场和地埋管换热器传热特性进行了数值模拟,将数值模拟结果与试验数据进行对比分析。通过分析,得到了不同埋管间距对土壤源热泵系统性能的影响大小,以及地埋管周围土壤温度场的变化对地埋管换热器换热性能影响规律,验证了所建立的模型和所用模拟条件的正确性。     

地源热泵和毛细管吊顶辐射采暖系统启动过程联合供热特性试验研究

采用试验的方法,分析了3口90m井地埋管换热器换热性能、热泵机组供热性能、毛细管辐射板供热能力、辐射板加热层温度、地板表面温度以及室内温度的变化特性.经过研究,得出了上海松江区大学城区域的地质条件下,热泵机组供暖期间,最大单位井深换热量78W/m.地源热泵机组提供28~35℃的低温热水时的COP值与制取40～50℃热水相比大大提高,节能效果显著.室内采用毛细管吊顶辐射采暖时,当进水平均温度37.5℃时,最大换热量达到了3512W(171W/m2),与进水平均温度29℃相比,其最大换热量增加了66.7%;另外,室内竖向空气存在明显温度梯度.     

捆扎式三U型埋管换热器开发及性能分析

针对地源热泵系统中U型埋管换热器建立三维模型,用FLUENT软件对比分析了四种U型埋管换热器的单井换热量,结果表明,单井中布置三组U型埋管为宜,并提出了出口管捆扎式三U型埋管,且捆扎后外敷绝热层更有利于提高三U型埋管的换热量,提高回填材料的导热系数就像U型埋管加装了翅片一样,也有利于提高换热量,但材料导热系数取值存在极限。     

基于线热源模型的垂直U型埋管换热器的换热分析

为了研究U型地埋管换热,以线热源模型作为基础,以夏季制冷工况为例,运用C语言编程软件对其进行了分析求解。研究了运行时间、换热介质的流量、土壤物性、埋管深度对U型埋管传热的影响以及周围土壤温度分布变化规律。模拟结果表明:当换热介质流量和埋管深度均增大3倍,土壤导热系数增大1.6倍时,单位管长换热量变化幅度分别为9.9%、-10.7%、23.3%。研究结果可为U型垂直埋管换热器的优化设计提供参考。