地源熱泵地埋管換熱器的傳熱特性研究及工程設(shè)計軟件開發(fā).pdf

1、隨著國際能源的日益緊張,替代石油的可再生能源不斷受到人們關(guān)注。地源熱泵系統(tǒng)由于其高效、節(jié)能、環(huán)保的特性,近年來日益得到人們的重視和推廣。本文著眼于地源熱泵U型埋管換熱器的傳熱性能研究,從而為地源熱泵技術(shù)的推廣利用打下理論基礎(chǔ)。 首先分析研究了鉆孔外兩種換熱模型即有限長線熱源模型和變熱流圓柱源模型。通過建立的有限長線熱源模型,求得了半無限大介質(zhì)土壤的瞬態(tài)溫度響應(yīng),研究了冷熱不平衡負荷全年運行對土壤溫度的影響,分析了鉆孔壁溫度沿深度

2、方向的變化特性。研究結(jié)果表明：距離線熱源越遠,達到“準穩(wěn)態(tài)”所用的時間越長。土壤溫度受熱流影響的程度越小。隨著孔洞深度的增加,鉆孔壁溫度先急劇增大,然后基本保持穩(wěn)定,最終呈下降趨勢。鑒于有限長線熱源模型與實際傳熱模型不甚吻合,建立了更加符合實際情況的變熱流圓柱源模型,該模型考慮到了地源熱泵系統(tǒng)在實際運行中,埋管換熱器從土壤中的取(放)熱量隨建筑負荷的變化,并引入了“負荷累積效應(yīng)”來簡化模擬全年逐時動態(tài)負荷的模型。 建立了分析豎直

3、埋管地熱換熱器鉆孔內(nèi)的傳熱過程的準三維模型,通過對U型埋管兩支管內(nèi)循環(huán)流體的能量平衡方程的分析與推導(dǎo),求得了該傳熱問題的解析解,得到了計算U型管換熱器中流體溫度沿深度變化的解析式。進一步研究了回填材料、管內(nèi)流量、管腳間距、管材導(dǎo)熱系數(shù)等因素對地埋管換熱器換熱性能的影響,并引入了鉆孔換熱效率來評價地下?lián)Q熱器的換熱性能。 介紹了計算地埋管長度的工程設(shè)計半經(jīng)驗公式方法,由于該模型中存在著過多的假設(shè)和簡化,造成了地埋管的設(shè)計長度偏大。本

4、文基于鉆孔壁溫度耦合了鉆孔內(nèi)外模型,采用Visual Basic編寫了一套適合于地下?lián)Q熱器設(shè)計計算的工程應(yīng)用軟件。該軟件嵌入了EXCEL數(shù)據(jù)接口,可以方便地輸入全年動態(tài)負荷,并且能夠顯示地源熱泵機組全年運行的溫度曲線、最熱月運行的溫度曲線、最冷月運行的溫度曲線。 參與搭建了用于測試土壤熱物性的地源熱泵試驗臺。結(jié)合地源熱泵系統(tǒng)單井熱響應(yīng)測試實驗,得到了地下埋管回路中循環(huán)水溫度隨時間的變化規(guī)律。并以理論計算得到的流體平均溫度和現(xiàn)場實