土壤源熱泵地下埋管換熱器—雙U管換熱性能研究.pdf

1、我國在新時(shí)期的能源發(fā)展的基本方針是實(shí)施可持續(xù)發(fā)展能源戰(zhàn)略，在建筑節(jié)能工作中，可再生能源的應(yīng)用占據(jù)著越來越重要的地位。土壤源熱泵作為一種節(jié)能、環(huán)保的新型能源技術(shù)，通過消耗少量的一次能源，獲得大量的可再生能源，在能源供應(yīng)日漸緊張的型勢下，日益得到人們的重視和推廣。國外對土壤源熱泵地下?lián)Q熱器的換熱性能進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)研究。國內(nèi)對土壤熱泵地下埋管換熱器的研究主要集中在單 U型埋管換熱器和水平埋管換熱器上，對雙 U型埋管換熱器的研究較少，且研究集中

2、在實(shí)驗(yàn)測試。
　　目前針對雙 U型地下?lián)Q熱器的傳熱性能研究大都基于線性理論基礎(chǔ)或者二維計(jì)算，而由于雙 U型地下?lián)Q熱器換熱的不對稱性，這些理論在用于雙 U型換熱器時(shí)都存在較大的誤差。本文根據(jù)基本的三維圓柱坐標(biāo)傳熱原理，采用雙坐標(biāo)系，以進(jìn)水處為坐標(biāo)起點(diǎn)，建立了針對單孔換熱器雙 U型埋管換熱器地下溫度場的計(jì)算模型，并提出了數(shù)學(xué)求解方法。
　　雙 U型換熱器是一種新型的換熱器，對其換熱效果的測試較少。本文以工程項(xiàng)目中的單孔換熱器建立

3、了實(shí)驗(yàn)平臺，向地下埋管輸入恒定熱流量，應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法和三層換熱理論對埋深為70m的雙 U型埋管在初始運(yùn)行狀態(tài)的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，得到如下結(jié)論：在一定范圍內(nèi)，隨流量增大，單位井深熱流 qh增大；夏季，在運(yùn)行時(shí)間內(nèi)，地下溫度測點(diǎn)呈倒梯形分布；運(yùn)行時(shí)間越長，地下巖土的恢復(fù)期越長。
　　在土壤源熱泵系統(tǒng)中，越來越多的工程采用了雙 U型換熱器，而對雙 U型和單 U型換熱器在換熱性能和經(jīng)濟(jì)性能的對比研究，還不夠深入。本文利用 phoenic

4、s軟件進(jìn)行運(yùn)算，計(jì)算結(jié)果顯示當(dāng)運(yùn)行時(shí)間相同時(shí)，隨著流量的增大，雙 U型換熱器的qh增大，換熱影響深度增加。當(dāng)單管流量相同時(shí)，雙 U型換熱器的換熱性能優(yōu)于單 U型，計(jì)算工況下雙 U管的qh為單 U管的1.5～1.7倍。流量越小，雙 U型換熱器的換熱性能優(yōu)勢越顯著。為進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析，本文引入基于換熱性能的經(jīng)濟(jì)性評價(jià)指標(biāo)——單位井深單位換熱量投資成本 Clq，以此為標(biāo)準(zhǔn)，評判單、雙 U型換熱器的經(jīng)濟(jì)性能。通過對比分析，得到如下結(jié)論：在單管流量

5、相同的情況下，雙 U型換熱器優(yōu)于單 U型換熱器，本文重慶地區(qū)的計(jì)算為單 U管的單位井深單位換熱量投資成本 Clq為4.69￥/W，雙 U管的單位井深單位換熱量投資成本 Clq為3.14￥/W；在單孔流量相同時(shí)，雙 U型換熱器的換熱量與單 U型埋管的相近，不一定存在應(yīng)用上的優(yōu)勢。
　　在土壤源熱泵系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，地下?lián)Q熱器為管群系統(tǒng)，目前對于雙 U型換熱器的研究，集中于單孔換熱器，故本文對現(xiàn)有的工程項(xiàng)目進(jìn)行了實(shí)際運(yùn)行工況測試，根據(jù)

6、測試數(shù)據(jù)的處理結(jié)果可知，冬季運(yùn)行期間，地下溫度測點(diǎn)呈梯形分布；分區(qū)調(diào)節(jié)有利于提高雙 U型換熱器的利用率和系統(tǒng)性能，部分負(fù)荷下，機(jī)組EER值較小，負(fù)荷率越低，機(jī)組 EER越小。
　　地下雙 U型埋管換熱器的換熱性能受到多種因素的影響。對于單孔換熱器，基于實(shí)測數(shù)據(jù)，本文得到如下結(jié)果：Ⅰ.存在最佳流量，使得 qh達(dá)到最大。針對本文的測試工況，最佳流量為1.1m3/h。Ⅱ.夏季，隨著換熱器進(jìn)水溫度的提高，qh增大，測試數(shù)據(jù)顯示，溫度每升高

7、1℃，qh增大1.5％～4.5%，當(dāng)溫度達(dá)到將近35℃時(shí)，qh增加速度變?。欢?，隨換熱器進(jìn)水溫度的提高，qh降低，本文測試數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)進(jìn)水溫度增加2℃時(shí)，qh降低了40%。Ⅲ.巖土的導(dǎo)熱系數(shù) Ks越大，qh越大?；诶碚撚?jì)算數(shù)據(jù)，回填材料熱導(dǎo)率增大45%時(shí)，qh增大了25%。回填材料熱導(dǎo)率的適度增大有利于雙 U型埋管的換熱能力的提高。
　　進(jìn)行雙 U型換熱器的換熱分析的主要目的是為了實(shí)際應(yīng)用，目前對雙 U型換熱器大的設(shè)計(jì)研究大多