土壤源热泵U型竖直埋管换热特性的实验研究

以土壤源热泵实验系统为平台,进行了夏季工况实验,分析了管间距为4 m时,单、双U埋管换热器的换热性能,并对不同管间距的单U地埋管进行实验研究。实验结果表明,管间距对系统的运行影响较大,得出夏热冬冷地区长期运行的土壤源热泵系统中地埋管合理的管间距,为长三角地区土壤源热泵换热器设计提供了设计参考。     

垂直地埋管换热器的换热性能

为研究土壤源热泵垂直地埋管换热器的换热特性,对长沙地区一套土壤源热泵系统进行了夏季及冬季工况连续运行的实验,实时采集U型管进出口的水温、流量以及地温等数据。通过对所采集的实验数据进行处理分析,对比了不同工况、不同埋管形式、不同埋深条件下的地埋管换热器进出口温差及单位井深换热量,结果表明,无论是夏季工况还是冬季工况,双U型管的单位井深换热量比单U型管高25%～30%。     

单U、双U型埋管换热器换热性能与经济性研究

结合实际工程建立单U型与双U型埋管换热器实验系统,进行夏季排热和冬季取热实验。以单位井深换热量为评价指标对不同埋管方式的换热性能进行分析比较,得出排热和取热工况下,双U型埋管单位井深换热量均高于单U型。同时,分析了单U与双U型埋管换热器的经济成本构成,采用投资成本指标、静态投资成本差值和投资成本比数等参数,从换热性能和经济成本两方面对地下埋管换热器进行综合评价。     

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。     

软土地区竖直地埋管换热器参数与换热性能分析

地埋管换热器是土壤源热泵系统的关键部件,选择合理的设计参数是对土壤源热泵系统工程进行优化设计的基础。依托上海市典型地质条件建立单U垂直地埋管换热器三维非稳态传热模型,分别分析了上海市地质条件、换热器结构、循环流体、运行模式等因素对地埋管换热器换热性能的影响,并通过回归分析得到地埋管换热器换热效率的变化率与主要影响因素的关系式,使各影响因素的敏感度得到量化,对于影响地埋管换热器换热性能的参数,根据影响程度由大到小依次为循环水平均温度、原始地温、换热孔深度、岩土体导热系数、回填料导热系数。研究结果为土壤源热泵系统的实际应用提供参考。     

不同回填材料对U型垂直埋管换热性能的影响

在天津市一生态居住小区综合办公楼建立了闭环大地耦合地源热泵系统(GCHP)，对该系统所采用的不同回填材料U型垂直埋管-U型桩埋管和U型井埋管换热器分别进行取热和放热的实验研究，对比分析了这两种埋管方式换热器的换热效果与性能及影响因素。并对这两种埋管方式在短期连续放热运行条件下对周围土壤温度场的影响进行测试分析，得出了这两种埋管换热器的热作用半径。     

北方地区岩土导热系数及换热量的测试研究

岩土导热系数是地源热泵地埋管换热器的重要设计参数;测井单位深度换热量是地埋管换热器系统的设计依据。掌握工程区域岩土的热物性及换热性能,是保证地源热泵系统高效、稳定运行的关键。文章建立了现场测试岩土导热系数及换热量的方法,并结合沈阳浑南高新技术产业开发区某地源热泵工程,测试分析了岩土导热系数和测井单位深度换热量。结果表明,该区域的岩土具有较好的导热能力,适合采用地埋管地源热泵系统;在特殊地理条件下设计地源热泵系统方案前,应对拟建区域的地质条件进行全面勘探,以优选工程区域,为岩土热响应测试结果的可靠性提供保障。     

热泵间歇制热及土壤热响应特性的研究

研究了广东地区地源热泵机组间歇式运行模式下埋地管换热器的换热能力及土壤热响应特性。土壤源热泵系统的单U、双U埋地管换热器深30m,在连续运行工况下,系统运行12h后土壤温度变化很小,单U和双U井的土壤平均温度分别下降5.16℃和6.30℃,系统停机后自然恢复到初始温度需要长达75h。分别取开停时间比3h:5h和4h:5h进行实验,并比较了间歇和连续两种工况下地埋管换热能力的大小,发现间歇工况下单U井的换热能力可分别提高8.3%和7.6%,双U井可分别提高10.2%和3.1%。     

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。     

西安地区地源热泵项目运行分析

不同运行方式对地源热泵系统的长期稳定性有着重要作用。以西安地区为例,建立了双U型地埋管换热器三维传热模型,模拟了不同运行方式对单孔和群孔换热器换热特性的影响。研究结果表明：地源热泵管群系统应间歇运行,每天最大负荷工况下连续运行不超过8 h;年总供冷热量差值控制在10%内,以便土壤温度恢复;3年和10年土壤温差分别控制在1℃和3℃内,以保证地源热泵系统长期供能效果。     

热响应测试在土壤热交换器设计中的应用

分析了土壤热交换器系统的影响因素以及设计与施工中存在的问题,介绍了自主研制的移动式地源热响应测试装置原理与构成。针对天津市某地源热泵项目,阐述了热响应测试的方法与步骤,得到了项目所在地的无干扰地温以及地埋管系统的供回水温度响应曲线。利用线源理论,得到了地埋管换热器钻孔的导热系数及热阻,分析了测试装置与环境的热损失和热增益、测试时间、供电稳定性、无干扰地温、不同深度土壤热导率的变化以及地下水流动对热响应测试造成的影响。测试结论对于指导土壤热交换器设计与施工具有一定的参考价值。     

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。     

地源热泵系统动态经济性分析

介绍地源热泵系统的基本原理,分析地源热泵技术的应用背景。利用费用现值法和年值法对地源热泵系统和空气源热泵系统的经济性进行计算,运用动态追加投资回收期公式得出地源热泵系统初投资的动态追加投资回收期。实例分析表明：地源热泵系统比传统空调系统运行费用低,具有明显的节能环保功效。     

一种基于排取热量平衡的地源热泵系统设计方法

地源热泵空调系统作为一种高效节能的空调系统,正得到日益广泛的应用.然而,由于建筑物的冷负荷及其运行时间往往大于供暖负荷及其运行时间,设计过程中往往取最不利情况下的负荷计算结果作为设计依据,排取热量的不平衡导致地温变化,最终影响空调运行性能.针对于此,提出了一种基于排取热量平衡的地源热泵系统设计方法.     

埋地换热器放热工况的现场运行实验研究

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。通过对一个夏季长期间歇运行测试数据的分析，发现地下各个测点的温度上升幅度各不相同；桩埋管的热作用半径至少为2．5m，井埋管的热作用半径至少为2m；在相同的工况条件下，桩埋管的放热率大于井埋管。     

土壤蓄热与土壤源热泵集成系统的数值模拟

结合土壤源热泵技术推广中存在的问题和地下蓄能技术的优点,提出了土壤蓄热与土壤源热泵集成系统及其地下管群换热器的布置方式。并在能量平衡的基础上建立了地下管群换热器蓄热、释热和停止运行的数学模型。通过数值模拟,分析了埋管间距对蓄热与释热的运行特性的影响。     

Simulation of the thermal performance of a hybrid solar-assisted ground-source heat pump system in a school building

A hybrid solar-assisted ground-source heat pump (SAGSHP) system was designed, in the frame of an energy upgrade study, to serve as a heating system in a school building in Greece. The main scope of this study was to examine techniques to reduce the capacity of the heating equipment and to keep the primary energy consumption low. Simulations of the thermal performance of both the building and of five different heating system configurations were performed by using the TRNSYS software. The results are presented in this work and show that the hybrid SAGSHP system displays the lower primary energy consumption among the systems examined. A conventional ground-source heat pump system has the same primary energy consumption, while the heat pump’s capacity is double and the ground heat exchanger 2.5 times longer. This work also highlights the contribution of simulation tools to the design of complex heating systems with renewable energy sources.     

风能辅助供暖的地源热泵系统经济性分析

以热负荷为主的北方地区,冬季土壤温度较低,若完全采用地源热泵来供暖,则地热换热器和机组的初投资均比较高,连续运行的效率也较低.提出利用风力发电机产生的电能构成风能集热器作为地源热泵供暖的辅助能源的构想.白天完全依靠地源热泵供暖,夜间利用风能集热器辅助加热,使地热换热器与风能集热器串联运行.通过分析比较,该方案比完全用地...     

基于线热源理论的垂直U型埋管换热器传热模型的研究

基于经典常热流线热源理论,通过引入叠加原理、阶跃负荷及孔洞热阻思想将其发展为能够适用于变热流埋管换热与地源热泵系统模拟的变热流线热源模型,并与改进的经实验与理论验证的圆柱源理论模型进行了比较与分析。结果表明:所发展的变热流线热源模型能够有效地模拟地下埋管的换热过程,可作为地下垂直U埋管换热过程的计算模型,为地源热泵地下埋管换热器的设计计算及地源热泵系统的模拟提供了一种新的简单而又实用的计算方法。     

Performance of a spiral ground heat exchanger for heat pump application

A high-efficiency ground heat exchanger has been developed for use with ground-source heat pumps. The exchanger is made of copper tubing, shaped in the form of a spiral, which can be installed in a vertical borehole backfilled with sand. Thermal performance of a full-scale prototype indicated that this heat exchanger can achieve very high heat extraction rates if subfreezing operating temperatures are used. For most soil types cyclic freezing and thawing is not a problem; however, for the sensitive Leda clay in which the prototype tests were conducted, substantial settlement occurred after the first freeze-thaw cycle owing to initial collapse of the soil structure.