土壤温度场对垂直单U形埋管换热性能的影响分析

针对广州地下50m以内土壤温度场,研究广州地区土壤温度的分布特性和变化规律,建立垂直单U形地埋管地下换热区域温度场的三维稳态和瞬态传热模型,模拟冬季工况下埋管区域土壤温度场的分布情况,分析不同土壤初始温度对地埋管换热器埋管深度的影响。最后,计算某一别墅工程动态负荷,选用GLHEPRO3．0进行为期30年的系统运行模拟,分析地下埋管区域土壤热平衡对埋管换热性能的影响,从而为广州地区推广使用土壤源热泵系统的长期高效运行提供理论参考。     

稳定运行的土壤源热泵系统管群内、外土壤温度场对比分析

基于上海某工程实例,对长时间(≥10h)稳定运行的土壤源热泵中央空调系统单U型地埋管换热器外壁土壤温度场、管群内土壤温度场、管群外土壤温度场变化进行全年测试,并对三种测试数据做了对比分析。测试结果表明:管群外浅层土壤(深度≤25m)温度一年四季变化波动比较大,且地下浅层土壤温度出现最高月份相比于地上环境出现最高温度的月份存在一定的延迟性;管群内的土壤温度会随着系统的长时间稳定运行呈现升高趋势,使地埋管换热器表面与周围土壤之间换热温差减小,导致换热效率下降。通过数据对比分析发现,对于冷负荷明显大于热负荷的建筑采用土壤源热泵系统,若长时间连续稳定运行对地埋管与土壤之间换热造成的影响夏季明显高于冬季。研究结果表明,适当增加钻孔间距、对地源热泵系统采取间歇性运行的模式对加强地埋管换热器与土壤之间的换热至关重要。     

地下水渗流对垂直埋管换热器换热性能影响的实验研究

地埋管换热器的换热性能是地源热泵空调系统设计的关键问题之一。建立了地源热泵砂箱实验台,实验研究了地下水渗流对地源热泵地埋管换热器换热性能的影响。研究结果表明:地下水渗流可以强化地埋管的换热,且随着渗流速度的增大,强化换热作用越明显。另外,实验结果也表明,U型管周围温度峰值的位置会沿渗流方向向下游偏移,地埋管群布置时应避开该位置,以强化埋管的换热。     

地下水渗流对地埋管换热器换热的影响研究

为确定土壤源热泵中垂直单U型埋管方式下渗流对地埋管运行时周边土壤的温度波动及不同渗流速度对其换热的影响,采用整体求解法利用数值模拟软件参照大连某工程项目建立了地埋管三维非稳态传热模型,通过实验结果与模拟结果的对比验证其模型可靠性。对冬季有无渗流工况下运行的地埋管换热器进行数值模拟并将模拟结果进行比较分析。得出有渗流时地埋管换热产生的冷量不易集中在埋管侧,可解决土壤冷堆积问题并提高了埋管换热器换热效率的结论。冬季单位井深换热量增加33.4%,换热效率提高32.5%,有效减少系统初投资。     

地埋管虹吸换热井技术研究

分析现有地源热泵系统的原理及构成,提出地埋管虹吸换热井系统的地源热泵新技术,利用多孔的渗水套管加虹吸管取代地埋管井的封闭式套管,根据虹吸原理通过设置在虹吸井内潜水循环泵实现系统循环。并对地埋管虹吸换热井系统与其他地下水地源热泵系统进行对比分析,指出地埋管虹吸换热井系统具有打井数量少、换热温差大、一次投资及运行费用相对较低的优点。     

地下水渗流对地埋管周围土壤影响的模拟研究

文章利用商业建模软件GAMBIT和FLURNT对垂直地埋管换热器与周围土壤换热进行了数值模拟,区别于以往的纯导热模型,文章基于饱和多孔介质和地下水流动理论,建立垂直地埋管换热器三维模型,模拟地下水渗流对垂直地埋管换热器周围土壤换热的影响。主要通过三维垂直单U型地埋管换热器的热渗耦合模型,研究在地下水渗流条件下,对周围土壤的影响。     

地埋管地源热泵系统地温监测技术试验研究

地埋管地源热泵系统运行过程中换热器需要与土层进行热交换,长期大规模应用在一定程度上会改变地层温度场特征,进而影响热泵系统的运行效率。依托上海市某高校综合研究中心地埋管地源热泵工程开展试验研究,确定地埋管地源热泵系统地温监测点的布设原则及方法,地温监测数据的采集方式、采集频率等,准确完整地获得地源热泵系统运行3年地埋管换热区地温监测数据,并对地埋管地源热泵系统运行对地层温度场影响的程度及范围进行分析。     

地下水流动对地埋管换热器的影响研究

基于单U竖直地埋管换热器的热渗耦合传热模型模拟分析了夏季工况下地下水流动对地埋管换热器的影响,发现有渗流土壤中随着地下水流速的增加,地埋管换热器单位井深换热量升高,出口水温降低,并且地埋管区域换热达到稳定的时间会缩短,而且使换热器换热达到稳定时能够保持较高的换热量和较低的出口水温。     

土壤源热泵垂直U型地埋管阻力测定与分析

土壤源热泵地埋管阻力大小不仅直接决定着管内流体的流动速度,而且对地埋管换热器的换热能力有着重要的影响,因而有必要研究地埋管回路的综合阻力特性。研究表明,地埋管回路的阻力特性在土壤源热泵正常的运行温度下差别很小,而地埋管形式、管长及管内流体雷诺数对其影响较大。     

水平埋管换热器换热性能数值模拟研究

为进一步推广水平埋管式地源热泵系统的运用,以土壤毛管水理论为基础,结合数值仿真试验探讨了水平埋管换热器在不同地下水位深度、不同土壤类型、不同水平管换热器构造下的换热性能,通过对输出参数埋管出口水温、水平管延米换热量以及土壤温度场分布情况的分析,揭示了相关参数对水平管换热性能的影响机制.研究表明:随着地下水位线埋深变浅,...     

某办公楼地源热泵空调系统设计与总结

在上海及其周边地区，建筑物夏季空调冷负荷大于冬季热负荷，地源热泵埋管的区域存在热积累，出现严重的冷热负荷失衡，导致土壤温度逐年升高，影响系统长期运行效能。采用辅助冷却复合地源热泵系统，能很好地解决土壤热平衡问题，同时也可有效降低系统（地下埋管）投资，提高系统的运行节能效果。夏季普通冷负荷时，完全依靠地源热泵供冷；夏季冷负荷较大时，即空调主机冷凝出水温度达到37℃时启用辅助冷却装置，使辅助冷却装置和地源热泵机组联合运行。     

地源热泵地埋管热短路问题的研究

地源热泵系统研究的重点和难点在于地埋管换热,归纳了影响地埋管换热诸多因素,认为受管内流体与土壤温差、管内流态、供回水管间距、回填材料导热系数、运行时间长短等因素影响,通过对单U地埋管换热性能的数值模拟,对比分析了保温地埋管、非保温地埋管、不同保温管长度及不同运行工况下换热情况,比较分析的结果表明,保温地埋管换热能力要高于非保温管,保温管长度要适宜,不同运行工况对地埋管进出口温差和换热量影响不同。     

冬季地埋管周围土壤温度场的模拟与分析

建立冬季工况下垂直u形埋管周围土壤温度场的简化模型,结合现有工程系统测试所得基础数据,利用ANSYS有限元软件进行模拟计算,得到埋管周围土壤的温度场分布。通过分析获得在武汉地区土壤源热泵运行时,埋管周围地温特性沿径向的变化规律以及埋管的热扰动半径。     

利用空气源热泵跨季节补热对单供暖地埋管地源热泵运行特性影响分析

针对大规模住宅小区单供暖地埋管地源热泵在实际运行中存在的问题,在对其运行现状进行分析的基础上,以其中一个项目为例,分析地埋管地源热泵在单供暖工况下长期运行时的土壤逐年温度变化和运行费用。指出应尽早抑制土壤温度进一步降低,使其稳定在较高水平,以保证系统持续可靠运行。提出以土壤年温度下降幅度为目标,利用空气源热泵跨季节补热解决土壤温度逐年下降的问题。研究结果表明,所计算项目从第5年开始补热,补热后每年供暖初期土壤温度为7.5℃左右,补热初投资为2.86元/米~2,补热费用为2.71元/米~2,供暖运行费用为9.35元/米~2,年运行费用为12.06元/米~2。     

土壤源热泵地下换热与热平衡的几个技术问题探讨

本文主要对土壤源热泵地下埋管换热的放热与取热能力、土壤热物性以及地下水的流动对土壤换热能力影响进行了分析,对长江流域土壤热平衡问题处理与系统运行的效率进行比较。     

地源热泵地埋管换热器换热性能研究北大核心CSCD

地埋管换热器的换热性能对地源热泵系统的整体性能具有重要影响,基于传热理论分析及CFD模拟,能够快速精确地分析地埋管换热器的换热性能,提高地源热泵系统方案设计的准确性。本文建立了地埋管换热器的有限长线热源模型,分析了单个地埋管换热器的温度变化情况及单位长度换热量;通过CFD模拟分析了四个单U型地埋管换热器组合的传热特性,得到换热器及土壤的温度场分布,并研究了土壤的温度恢复特性。     

放射状地埋管连续储热温度场分析

土壤源热泵系统因为其高效、环保、节能等优点得到越来越广泛的应用。本文分析U形地埋管不同倾斜角及不同圆环直径时周围土壤的温度分布情况,得出地埋管周围土壤温度随时间的变化规律及随深度的变化曲线。建立U形地埋管的二维和三维的数值传热模型,采用Fluent软件对其非稳态的流固耦合换热进行研究。模拟结果表明,放射状地埋管在冬季储热工况下,与水平面呈75°角、圆环直径为4 m的放射状地埋管换热量最大,热积聚效应最小。     

跨季节土壤蓄冷-土壤源热泵系统长期运行特性实验研究

为解决土壤源热泵在长期运行条件下土壤热失衡导致的运行效率下降问题,针对夏热冬冷地区的特点,提出一种利用室外风机盘管将冬季或过渡季室外空气中的冷量存储于土壤中的跨季节蓄冷-土壤源热泵系统。利用地埋管换热系统的相似模型实验台,进行了系统运行3年的供冷、供暖、蓄冷工况实验,综合分析了埋管进出口水温、气温、土壤温度、土壤及埋管换热量、单位埋深换热量等参数,研究系统的长期运行特性。研究显示:3年的土壤平均温度分别上升0.14℃、0.22℃、0.20℃,总体来说升高幅度较小;蓄冷时的室外气温越低、土壤与室外空气的温差越大,蓄冷效果越好;埋管进出口平均温差、土壤平均温度变化、土壤换热量、埋管换热量、单位埋深换热量的大小关系一致。研究结果表明,跨季节蓄冷维持了土壤的长期热平衡,系统的长期运行效果较好。     

成都某综合交通枢纽浅层地源热泵地埋管热物性分析与系统评价

基于成都某综合交通枢纽南北场咽喉区开展地质勘察数据,并对其开展岩土热响应试验分析与评价。地勘结果表明,工程区地下水类型主要为基岩裂隙承压水,地下水的渗流作用加强了热量交换速率,使测试得到的岩土体的综合热换功率值偏大,地下水对地埋管式地源热泵系统的运行较为有利。工程区的岩土体双U平均导热系数平均值为：2.45～2.78W/(m·K),所在地的岩土体（深度110m内）初始平均温度为18.32℃。各试验孔中,双U形式的地埋管换热功率均大于单U形式的热换功率,换热功率提高约22%。从测试效果和经济角度出发,结合四孔联合测试工况,建议选用双U25地埋管,夏季标准工况释热能力为42.89W/m,冬季标准工况取热能力为-42.66W/m。全年动态负荷计算分析结果表明,站房部分由可再生能源提供的空调冷热负荷比例可达32.1%,枢纽部分由地源热泵系统提供的空调冷热负荷比例可达21.5%。该研究成果可为在轨道交通领域推进浅层地热能利用提供可靠的技术路线及理论依据。     

运行时间机制对医院建筑地埋管地源热泵系统的影响

通过DEST软件模拟出医院住院部全年动态负荷情况,分析了医院建筑负荷的特点.建立土壤源热泵系统地埋管换热物理和数学模型,以FLUENT为分析工具,对该建筑的地源热泵系统进行以运行时间为变量的数值计算分析,得到不同运行时间下的地温和管内流体的温度分布规律.以间歇运行时间为变量,得到辅助冷却模式下地温和管内流体的温度分布规律,提出了医院建筑地埋管地源热泵系统的优化运行模式.