不同上墊面形式對地埋管換熱器換熱性能的影響.pdf

1、隨著世界經(jīng)濟的快速發(fā)展，全球面臨的能源短缺問題正逐步在各個行業(yè)中體現(xiàn)出來。建筑能耗大以及不可再生能源引起的全球變暖現(xiàn)象也引起了人們的重視，發(fā)展可再生能源成為了必然的趨勢。地熱能作為一種清潔的可再生的能源逐漸得到了人們的青睞，在大環(huán)境的驅(qū)動下，地源熱泵技術(shù)的發(fā)展也得到了重視。近年來，地埋管地源熱泵系統(tǒng)在我國的應用較多，地埋管換熱器的換熱模型和其換熱性能是研究的重點。
　　影響地源熱泵地埋管換熱器換熱性能的因素眾多，對于埋管區(qū)域巖土的

2、上邊界地表，本文稱為上墊面，關(guān)于該邊界處的上墊面形式對地下?lián)Q熱器換熱性能的影響的研究還未涉及到。在目前的地埋管換熱器傳熱模型計算中，由于整體計算的復雜性，均簡化了上墊面邊界條件的處理，而假設(shè)為常值邊界，然而，上墊面作為地下巖土和外界環(huán)境的邊界面，熱量通過該邊界面實現(xiàn)外環(huán)境與地下巖土的交換過程，故有必要對上墊面邊界條件進行詳細的分析研究。
　　本文首先分析了自然狀況下和有地埋管換熱器運行時的熱量傳遞過程，建立了上墊面邊界處的熱平衡方

3、程，并比較了典型上墊面形式的熱特性參數(shù)，了解了不同上墊面形式的傳熱特性，然后對重慶地區(qū)的三種典型上墊面形式下的室外氣象參數(shù)和上墊面表面溫度進行了實測。根據(jù)實測情況和熱平衡方程計算得到了三種上墊面形式下的上邊界凈得熱量，從而確定了不同上墊面形式的上邊界條件。
　　建立了水平埋管換熱器周圍巖土的二維瞬態(tài)傳熱模型，通過有限差分方法對其微分方程及邊界條件進行了離散，然后利用MATLAB編寫程序求解。根據(jù)不同的輸入條件，分別對埋管換熱器連續(xù)

4、運行和間歇運行兩種工況進行了計算，分析了連續(xù)運行工況下不同的上墊面形式在地下巖土溫度分布、換熱器運行后的負荷痕跡以及熱影響距離等方面的差異情況。對間歇運行工況下，三種上墊面形式下的夜間恢復情況和運行周期末的負荷痕跡值進行了對比分析。然后對連續(xù)和間歇兩種運行工況下的負荷痕跡值進行了對比，提出了間歇運行模式對于保持地源熱泵地埋管換熱器的高效運行具有重大意義。通過設(shè)置不同的水平埋管深度進行計算，說明了水平埋管受到上墊面邊界影響的程度與其埋管深

5、度有關(guān)。另外，本文針對短期運行和長期運行工況，將三種上墊面形式下的單位管長換熱量和熱影響距離的關(guān)系進行了擬合，并分析了熱影響距離隨運行時間的變化情況，為實際工程設(shè)計有一定的指導作用。
　　對于豎直埋管，首先闡述了豎直U型管換熱器的傳熱模型理論和主要的求解方法。利用CFD軟件建立了豎直U型換熱器的三維瞬態(tài)傳熱模型并進行計算，分析了連續(xù)運行工況下三種上墊面形式下在換熱器出水溫度、單位管長換熱量及周圍巖土溫度分布等方面的差異。根據(jù)層換熱