单井回灌地源热泵承压含水层渗流解析解

单井回灌地源热泵系统是一种高效、环保的新技术,但其涉及的地下水流动和传热问题相当复杂。要解决该系统的传热问题,首先要解决的是地下水渗流问题。由于单井回灌地源热泵是从一口井的底部抽取地下水,经过热泵换热后再从同一口井的上部回灌回地下,在不考虑地下水整体流动的情况下,这是一个具有复杂边界条件的轴对称渗流问题,对于该问题国内外文献里还未见有解析解。本文在一定简化假设条件下,通过积分变换的方法求得了承压含水层的解析解,为进一步分析传热奠定了基础。。     

基于线热源模型的地下岩土热物性测试方法

提出了一种用于竖直埋管与周围岩土的传热分析模型。该方法回避了其它模型对钻孔中埋管的具体位置、上升管和下降管之间的距离以及埋管和回填材料的物性等参数的要求,从而可以消除上述参数测量带来的误差。在现场钻孔,埋设U型埋管,通过测量施加的加热功率、埋管中循环水流量、埋管出入口水温随时间变化,利用该模型并结合最优化估计方法,确定了某地源热泵空调系统工地地下岩土的热物性参数,检验证实了该方法的实用性和可靠性。     

地热换热器的传热分析

地热换热器是地源热泵系统的重要组成部分。本文综述了作者近年来在地热换热器传热模型方面的研究：提出了分析竖直埋管地热换热器钻孔内的传热过程的准三维模型，考虑流体工质在深度方向上的温度分布，给出钻孔内热阻的解析表达式；求得有限长线热源在半无限大介质中的瞬态温度响应解析解，并指出了Eckert的教科书中相关稳态解的错误；为确定地下水渗流对竖直埋管地热换热器的影响，导得了有渗流时无限大介质中线热源温度响应的解析解。以上工作改进和深化了国际上现有的地热换热器传热模型，并已应用于工程设计和模拟。     

现场测试地下岩土平均热物性参数方法

平均热物性参数的大小对钻孔的数量及钻孔的深度具有显著的影响,进而影响地源热泵系统的初投资。为了能够在现场测量地下岩土的平均热物性参数,利用一套现场测量设备测量了对地下埋管回路施加的热流与回路中循环水温度随时间的变化,使用自行开发的软件,采用参数估计方法,计算并确定了地下岩土的平均热物性参数。     

高性能地埋管换热器钻孔回填材料的实验研究

通过实验研究了基于水泥、石英砂的回填材料各组分对材料导热系数、稠度、强度及膨胀率等的影响,优选出三种具有良好特性的水泥砂浆回填材料,其导热系数可达2.18～2.34W/(m·K)。通过对一个工程实例的模拟计算得出,与传统的膨润土回填材料相比,采用这些高性能回填材料能够减少地埋管换热器埋管长度29%～36%,可显著节省地埋管换热器的初投资和降低运行能耗。     

冷热负荷不平衡地区地热换热器设计及其运行对策

为提高冷热负荷不平衡地区使用地源热泵系统后地下温度场的均匀性,以36个钻孔组成的地埋管管群,冷热负荷比为2. 5∶1. 0,运行期20年为例,提出了3种外密内疏的分区优化埋管布置方式.仿真结果表明:地埋管中心区域布管数量相对稀疏,有利于减小温度场的温度梯度,提高温度场的均匀性,边界区域过余温度相比传统的均匀布管方式略有提高,能有效降低中心区域温度场的波峰现象,此外,土壤热扩散系数越小,采用中间布管稀疏、外围布管紧密的优化设计方案的效果愈加明显,验证了外密内疏管群优化布置方案的可行性.     

中深层地埋管换热器取热稳定性及热影响半径

为研究中深层地埋管换热器的取热稳定性及其热影响半径,建立了非稳态数值传热模型,基于有限差分法将控制方程离散求解,通过示范工程现场实测数据验证数值求解结果的正确性。在此基础上,研究长期运行下中深层套管式地埋管换热器的出水温度以及岩土的温度变化,并对影响中深层套管式地埋管换热器热扰的参数进行了敏感性分析。结果表明：经过15 a运行,中深层套管式地埋管换热器的出水温度较为稳定,从第11 a开始出水温度基本处于准稳态阶段,其周围核心取热区域的岩土最大温降比例仅为6.5%;随岩土热扩散率的增加,中深层地埋管换热器的热影响半径在前期增加速率较快,而后期较慢,当热扩散率a由1.43×10^-6 m²/s增加到2.01×10^-6 m²/s时,热影响半径r由82.69 m增加到99.23 m,增加率为20%,两者之间的关系呈指数规律变化,并且满足关系式r=-151.99×exp[-a/(5.14×10^-7)]+98.14,其中R²=0.97。本研究对中深层地埋管换热器的设计具...     

地源热泵系统防冻液的选择

研究和比较了氯化钠、氯化钙、甲醇、乙醇、乙二醇、醋酸钾、碳酸钾七种防冻液的特性,包括它们的传热性能、腐蚀性、价格、对人体的毒性、泄漏及潜在的火灾风险等.指出了地源热泵系统选择防冻液应考虑的主要因素.     

竖直地埋管价值系数的计算方法及其应用

本文提出了一种用于竖直地埋管换热器的价值系数计算方法。针对某实际地源热泵工程,使用地埋管换热器价值系数计算方法对U型地埋管换热器设计方案进行了价值系数计算,并讨论了钻孔费用对设计方案价值系数和地埋管换热器U型管选型的影响。分析和计算表明,地埋管换热器的方案价值系数同钻孔设计深度和孔数有较大的联系。工程上人为设定钻孔深度和数目会影响到地埋管换热器的技术经济价值。在深的钻孔和好的传热条件下,采用双U管或大管径会改善地埋管换热器设计方案的经济性。     

埋管式地源热泵技术的研究及其推广应用

综述了近年来在竖直埋管式地源热泵技术方面的研究：改进和深化了现有的地热换热器传热模型，在国际上首次求得有关地热换热器传热的三个重要问题的解析解，并在此基础上开发了地热换热器设计和模拟计算软件“地热之星”；研制了测定深层岩土热物性的方法和仪器；开发了相关的施工技术、配件和设备；同时进行了埋管式地源热泵供热空调技术的工程应用和推广。实践表明，埋管式地源热泵系统是实现建筑供热和空调节能的有效和可行的技术。