不同上墊面形式對(duì)地埋管換熱器換熱性能的影響.pdf

1、隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，全球面臨的能源短缺問題正逐步在各個(gè)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(shì)。地?zé)崮茏鳛橐环N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(dòng)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(guó)的應(yīng)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(diǎn)。
　　影響地源熱泵地埋管換熱器換熱性能的因素眾多，對(duì)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(duì)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(jì)算中，由于整體計(jì)算的復(fù)雜性，均簡(jiǎn)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(shí)現(xiàn)外環(huán)境與地下巖土的交換過程，故有必要對(duì)上墊面邊界條件進(jìn)行詳細(xì)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(yùn)行時(shí)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(duì)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(jìn)行了實(shí)測(cè)。根據(jù)實(shí)測(cè)情況和熱平衡方程計(jì)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(duì)其微分方程及邊界條件進(jìn)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(duì)埋管換熱器連續(xù)

4、運(yùn)行和間歇運(yùn)行兩種工況進(jìn)行了計(jì)算，分析了連續(xù)運(yùn)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(yùn)行后的負(fù)荷痕跡以及熱影響距離等方面的差異情況。對(duì)間歇運(yùn)行工況下，三種上墊面形式下的夜間恢復(fù)情況和運(yùn)行周期末的負(fù)荷痕跡值進(jìn)行了對(duì)比分析。然后對(duì)連續(xù)和間歇兩種運(yùn)行工況下的負(fù)荷痕跡值進(jìn)行了對(duì)比，提出了間歇運(yùn)行模式對(duì)于保持地源熱泵地埋管換熱器的高效運(yùn)行具有重大意義。通過設(shè)置不同的水平埋管深度進(jìn)行計(jì)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(duì)短期運(yùn)行和長(zhǎng)期運(yùn)行工況，將三種上墊面形式下的單位管長(zhǎng)換熱量和熱影響距離的關(guān)系進(jìn)行了擬合，并分析了熱影響距離隨運(yùn)行時(shí)間的變化情況，為實(shí)際工程設(shè)計(jì)有一定的指導(dǎo)作用。
　　對(duì)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(jìn)行計(jì)算，分析了連續(xù)運(yùn)行工況下三種上墊面形式下在換熱器出水溫度、單位管長(zhǎng)換熱量及周圍巖土溫度分布等方面的差異。根據(jù)層換熱