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

1、隨著國(guó)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(zhǎng)線熱源模型和變熱流圓柱源模型。通過建立的有限長(zhǎng)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(fù)荷全年運(yùn)行對(duì)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(yuǎn),達(dá)到“準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)”所用的時(shí)間越長(zhǎng)。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(shì)。鑒于有限長(zhǎng)線熱源模型與實(shí)際傳熱模型不甚吻合,建立了更加符合實(shí)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(shí)際運(yùn)行中,埋管換熱器從土壤中的取(放)熱量隨建筑負(fù)荷的變化,并引入了“負(fù)荷累積效應(yīng)”來簡(jiǎn)化模擬全年逐時(shí)動(dòng)態(tài)負(fù)荷的模型。 建立了分析豎直

3、埋管地?zé)釗Q熱器鉆孔內(nèi)的傳熱過程的準(zhǔn)三維模型,通過對(duì)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(jì)算U型管換熱器中流體溫度沿深度變化的解析式。進(jìn)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(duì)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(píng)價(jià)地下?lián)Q熱器的換熱性能。 介紹了計(jì)算地埋管長(zhǎng)度的工程設(shè)計(jì)半經(jīng)驗(yàn)公式方法,由于該模型中存在著過多的假設(shè)和簡(jiǎn)化,造成了地埋管的設(shè)計(jì)長(zhǎng)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(jì)計(jì)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(dòng)態(tài)負(fù)荷,并且能夠顯示地源熱泵機(jī)組全年運(yùn)行的溫度曲線、最熱月運(yùn)行的溫度曲線、最冷月運(yùn)行的溫度曲線。 參與搭建了用于測(cè)試土壤熱物性的地源熱泵試驗(yàn)臺(tái)。結(jié)合地源熱泵系統(tǒng)單井熱響應(yīng)測(cè)試實(shí)驗(yàn),得到了地下埋管回路中循環(huán)水溫度隨時(shí)間的變化規(guī)律。并以理論計(jì)算得到的流體平均溫度和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)