豎直地埋管換熱器短時熱響應建模及應用研究.pdf

1、地源熱泵系統(tǒng)是一種利用淺層地熱資源的新型空調(diào)系統(tǒng)，是一項具有廣闊發(fā)展前景的可再生能源利用技術(shù)，具有綠色、節(jié)能、環(huán)保和可再生的優(yōu)點，近十幾年來在我國得到了迅速的發(fā)展和應用。地埋管換熱器是地源熱泵系統(tǒng)與地下巖土交換熱量的重要部件，決定了整個系統(tǒng)的性能和成本。地埋管換熱器的短時響應傳熱分析、建模及地下巖土的熱物性參數(shù)是地源熱泵系統(tǒng)設計、運行控制和性能優(yōu)化的重要基礎。因此建立適合地埋管換熱器短時響應的傳熱模型及研究熱物性參數(shù)的測量和估算方法具有

2、重要的理論意義和應用價值。
　　本文將當量管法引入到混合介質(zhì)無限長線熱源(CMILS)模型中，建立了適合短時響應傳熱分析的地埋管換熱器解析模型。與CMILS模型相比，新建模型具有簡潔的形式和較快的計算速度。通過與奧克拉荷馬州立大學提供的沙箱實驗數(shù)據(jù)、其他三個得到科研人員認可的解析模型和一個用于驗證CMILS模型短時性能的數(shù)值模型的對比，驗證了新建模型的性能。
　　利用新建模型研究了不同當量半徑計算方法的影響，并提出了一種新的

3、計算當量半徑的方法，比其他方法擬合精度更高。新方法綜合考慮了鉆孔幾何結(jié)構(gòu)及回填材料和巖土熱物性參數(shù)對當量半徑的影響，仿真表明提高回填材料導熱系數(shù)將使當量半徑變小，回填材料和巖土的熱擴散率則對當量半徑的影響非常小。
　　利用新建模型研究了U型管管腳間距的影響，仿真表明U型管管腳間距對地埋管換熱器的性能影響很大，U型管管腳緊靠鉆孔壁是理想配置，但實際中比較難安裝，還需要研究好的途徑來實現(xiàn)安裝。
　　利用新建模型建立了一種新的計算

4、短時g-function的方法，通過與沙箱實驗數(shù)據(jù)、其他解析模型計算的g-function、Yavuzturk的短時g-function及Eskilson的長期g-function的比較，驗證了新方法的性能。該方法克服了Yavuzturk的短時g-function在時間很短時變?yōu)樨摂?shù)的缺點。
　　針對現(xiàn)場熱響應測試(TRT)對便攜式設備的需求，開發(fā)了一體化現(xiàn)場熱物性測試儀測控電路板，溫度測量采用了一總線集成溫度傳感器DS18B20

5、，流量測量采用了TI公司的Scan IF旋轉(zhuǎn)測量接口模塊，電功率測量采用了Analog Devices公司的ADE7755，另外設計了USB接口和微型打印機，方便數(shù)據(jù)的記錄和存貯。整套測控系統(tǒng)滿足國標“GB50366-2009地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范”對現(xiàn)場測試的要求。
　　利用新建模型，研究了現(xiàn)場熱物性測試儀各測量參數(shù)對熱響應測試的影響，其中流體平均溫度誤差對熱響應測試的結(jié)果影響比較小，熱流量對結(jié)果影響較大，并且是對回填材料和巖

6、土的導熱系數(shù)kg和ks都有影響，巖土初始溫度誤差也對kg和ks都有影響，但若提高流體平均溫度與初始溫度之間的溫差到6℃以上，則初始溫度誤差對ks的影響就變的比較小，但對kg的影響依然很大，可將初始溫度T0也作為被估參數(shù)，得到T0后，再用該T0的值重新計算kg，就可大大減小初始溫度誤差對kg的影響。流體平均溫度與初始溫度之間的溫差到6℃以上可作為測試最短持續(xù)時長的判斷標準。
　　最后，改進了熱響應測試參數(shù)估計的兩步法。Bozzoli