豎直地埋管換熱器分層換熱模型分層方法研究.pdf

1、2015年底，我國(guó)可再生能源裝機(jī)容量已達(dá)到全球總量的24％，成為世界可再生能源利用第一大國(guó)，但地源熱泵發(fā)展受到明顯制約，面臨巨大壓力，提高能源質(zhì)量與效益也成為“十三五”時(shí)期的工作重點(diǎn)。地埋管換熱器是地源熱泵中重要組成部分，在我國(guó)，豎直U型地埋管換熱器憑借其占地面積小、可用范圍廣而得到廣泛推廣，主要包括了單U與雙U類(lèi)型。本文在以往土壤均勻換熱模型基礎(chǔ)上，針對(duì)單U型地埋管換熱器建立分層換熱模型，開(kāi)展分層方法研究，為實(shí)際工程設(shè)計(jì)提供參考。

2、r>　　本文首先建立單U地埋管換熱器詳細(xì)分層換熱模型，在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上，考慮地埋管換熱器周?chē)寥来嬖诘刭|(zhì)分層與地下水滲流情況，提出以溫度測(cè)點(diǎn)與巖土分層位置進(jìn)行詳細(xì)分層的方法。通過(guò)對(duì)鉆孔內(nèi)、外換熱模型分析，提出計(jì)算單U地埋管換熱器周?chē)鷰r土熱物性參數(shù)計(jì)算方法。基于實(shí)際工程，對(duì)建立的詳細(xì)分層模型進(jìn)行驗(yàn)證，并比較其與常規(guī)均勻模型與根據(jù)地質(zhì)分層的簡(jiǎn)化分層模型的差異，提出根據(jù)土壤導(dǎo)熱熱阻變化率進(jìn)行綜合分層的新方法，稱(chēng)為熱阻分層法。利用實(shí)際工程對(duì)熱阻

3、分層法進(jìn)行驗(yàn)證，并通過(guò)一復(fù)雜地質(zhì)進(jìn)行二次檢驗(yàn)，證明該方法的準(zhǔn)確性與合理性。最后簡(jiǎn)單介紹根據(jù)熱阻分層法結(jié)果進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程，并通過(guò)VBA開(kāi)發(fā)程序建立計(jì)算利用熱阻分層法得到的土壤熱物性參數(shù)與單位長(zhǎng)度換熱量的計(jì)算軟件。
　　實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)及模擬結(jié)果表明，根據(jù)詳細(xì)分層結(jié)果，各個(gè)地質(zhì)導(dǎo)熱熱阻均不相同。不同地質(zhì)導(dǎo)熱熱阻變化率在17.56~27.59%之間，相同地質(zhì)在0.19%~6.51%之間，變化差異均不同，且部分較大。因此綜合孔隙率、地下水滲流等原

4、因，考慮綜合變化率上限進(jìn)行分層，可避免按照地質(zhì)進(jìn)行簡(jiǎn)化分層造成較大誤差、按照溫度測(cè)點(diǎn)與地質(zhì)進(jìn)行詳細(xì)分層導(dǎo)致龐大的工作量。
　　對(duì)比實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，模擬結(jié)果表明冬夏季供回水溫差均存在一定的差別。未分層模型分別為30.36%、30.72%，簡(jiǎn)化分層模型相對(duì)誤差分別為22.74%、23.84%，詳細(xì)分層模型相對(duì)誤差分別為7.41%、7.32%。根據(jù)三種分層情況結(jié)果，說(shuō)明將整個(gè)地埋管換熱器視為均勻統(tǒng)一模型存在較大誤差，簡(jiǎn)單地質(zhì)分布情況下按照地質(zhì)

5、進(jìn)行簡(jiǎn)單分層后結(jié)果同樣存在較大誤差。按照詳細(xì)分層雖然誤差較小，但工作量較大，因此提出熱阻分層法。
　　同樣對(duì)比實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，模擬結(jié)果證明，分別按照相鄰?fù)寥缹?dǎo)熱熱阻變化率上限3%、5%、8%進(jìn)行分層，分別分為7、6、4層，其冬夏季供回水溫差平均相對(duì)誤差分別為9.31%、20.33%、23.29%，因此選取3%為變化率上限，增加少量的工作量可達(dá)到較高的準(zhǔn)確度。通過(guò)一復(fù)雜地質(zhì)分布情況對(duì)該變化率上限進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明進(jìn)出水溫差的模擬與實(shí)測(cè)值平