Research on Performance of Ground-Source Heat Pump Double U Underground Pipe Heat Exchange

This paper uses FLUENT software building the three-dimensional unsteady state model of ground source heat pump single U and double U underground pipe to study on heat exchange of underground pipe system in the condition of unsteady state long-term continuous running, analyzes the change of soil temperature filed around underground pipe and performance of underground pipe heat exchange between single U and double U pipe system. The results show that double U pipe system is better than single U system, which can improve unit depth heat exchange efficiency, reduce the number of wells and reduce the initial investment.

土壤蓄热-放热过程中地埋管周围土壤温度特性模拟

为探索内蒙中部地区地源热泵蓄热-放热过程中地埋管周围土壤温度变化特性,以垂直U型地埋管周围土壤为研究对象,基于有限元分析法建立了二维非稳态传热物理数学模型。在与试验结果进行验证的基础上,对土壤蓄热、放热和蓄热-放热耦合过程进行模拟研究。分析了热作用半径、单位管长换热量和土壤温度随热泵运行时间及运行模式的变化规律;单一条件下的蓄热、放热以及蓄热-放热耦合模式下土壤热平衡问题,探讨了流体入口流速、温度、土壤类型和热泵运行模式等因素对土壤温度场的影响。研究结果表明:热作用半径随蓄热时间的增加而增大且逐渐趋于平缓,热泵运行25和28 d后,热作用半径分别为3.3和3.4 m;流体入口温度对热作用半径及单位管长换热量影响较大但流体流速影响较小,流体入口温度和速度分别为40、60℃和0.6、1.2 m/s时,对应热作用半径分别为3.7、4.5和3.5、3.6 m。合理的间歇运行模式对换热量及埋管周围土壤温度的恢复均有改善;土壤导热系数越大土壤温度恢复时间与效果越佳,土壤导热系数为3.1 W/(m?K)时恢复后温度为9.3℃(土壤初温9.5℃)。此外,蓄热-放热耦合模式下换热量不等对土壤热平衡具有较大影响。试验验证表明,所建模型具有一定的准确性其相对最大误差为5.35%。

地源热泵土壤温度恢复特性研究

根据某实际工程的换热器管群的布置情况和地源热泵系统的运行情况,对典型区域典型年和运行5年的土壤温度变化情况进行了数值模拟,并对模拟结果进行了深入分析,所得结论可为地源热泵系统的优化设计提供参考。

土壤源热泵制冷间歇工况土壤温度响应实验研究

在夏热冬暖的广州地区搭建了两种换热器向土壤放热的实验台,换热器埋地深度为30m,实验元件有单U和双U两种型式。连续制冷工况下,通过对两口井内土壤温度变化的研究,结果发现,开机12h后,土壤温度趋于稳定;停机12h后两个埋地换热管处的土壤温度就可恢复约95%,但土壤温度基本得以恢复需要停机81h。在停机12h后地温恢复得极其缓慢,已没有工程应用价值。可见合理选择运行与停机时间有助于提升系统的整体换热能力和地热的综合利用率。通过实验研究发现,间歇工况下双U井单位井深换热量较之连续运行提高了25.6%,单U井单位井深换热量提高了21.8%。

污水源热泵干渠取水降温后的可恢复特性

在调查并比较了热泵取水降温前后的渠温状态之后,基于渠温模型与调查结果预测了大、小温降的可恢复程度.由此定义并推导了可恢复性的准则关联参数φ与判定准则β,以及最小渠程与最大温降的关联式.结果表明:干渠条件特征值β由干渠、污水及土壤的结构与热物性参数描述,是所有问题的关键.不论大、小温降的渠温,均与原渠温一样向土壤地温接近,在一定的渠程范围内具有可恢复性.可恢复性由判定准则β、温降Δt及渠程z决定,与土壤地温无关.可恢复性准则式可用于指导工程上的渠水降温及对污水取热后的水处理工作的影响,在应用方面具有很大的意义.

地源热泵中光纤光栅土壤温度监测系统研究

太阳能与地源热泵的联合供能系统急需解决土壤的热平衡问题,因此土壤温度的测量与分析尤为重要。基于光纤光栅传感技术,对土壤进行分布式测温。基于Mod Bus通信协议,进行数据收集与处理,并利用SIM900A进行GSM/GPRS无线模块远传。该系统实现了北京市某现场近一年的土壤温度精确采集和实时远传。试验分析表明,该地源热泵井周围地区土壤温度波动大致范围在8~25℃之间,夏季温度高于冬季温度10℃左右;随着土壤深入,两者温度相差越来越少。地表温度较地下120 m处,夏季温度降低5℃左右,冬季温度比较平稳。土壤温度随着季节和热泵的运行,存在热量不均衡的情况。该系统为进一步优化太阳能及地源热泵联合供能系统的设计提供了有力的数据支持。

严寒地区太阳能-地埋管地源热泵系统耦合性能研究

为解决严寒地区采用地埋管地源热泵系统供暖引起的土壤热失衡问题,以太阳能辅助地埋管地源热泵耦合系统为研究对象,分析了地埋管换热器供能性能、系统运行1 a和10 a后的土壤温度变化特性及土壤初始温度与集热器面积的关系,拟合得到了土壤初始温度与单位建筑面积下最优集热器面积的数学表达式,采用费用年值法对该耦合系统与常规燃煤锅炉供暖系统进行了经济性比较分析。结果表明:在冬季利用该耦合系统供暖且采用蓄热水箱出口与地埋管出口温差为10℃控制太阳能集热系统辅助供暖的方案,耦合系统运行1 a后,土壤平均温度升高0.09℃,土壤热平衡率为101%;10 a后土壤平均温度升高0.35℃,土壤热平衡率为104%;该耦合系统供暖经济性优于传统燃煤锅炉供暖系统。

空气-土壤双热源热泵系统运行分析

目的解决土壤源热泵在我国严寒地区长期运行导致该地区的土壤热失衡现象以及空气源热泵在严寒地区运行效率低下的问题。方法以沈阳市某办公建筑为例,利用DEST软件模拟该建筑的全年逐时冷、热负荷以及沈阳地区室外温度变化,以土壤热平衡为计算依据,计算土壤中的吸热与释热的热量差值以及空气源热泵的补热热量。结果设计了空气-土壤双热源热泵系统,且在我国严寒地区供暖运行工况下,得出了使用双热源热泵系统时室外最佳温度切换点的计算原理及方法,以及在沈阳地区切换使用空气-土壤双热源热泵系统的室外最佳温度点为-8℃。结论空气-土壤双热源热泵系统各自在高效率期间内正常运行,可以有效地解决严寒地区的土壤热失衡现象,更加高效节能。

地埋换热器温度场数值模拟及试验研究

土壤温度场的恢复特性是判定土壤源热泵系统长期稳定运行的重要依据。探讨了某住宅小区土壤源热泵系统的设计方法及主要部件地埋换热器的埋管方式。利用建筑热环境设计模拟分析软件De ST-h建立高层住宅建筑群模型,并进行全年空调负荷模拟。运用大型商业软件FLUENT模拟分析了土壤源热泵连续运行一个夏季和经过一个秋季过渡季后地埋换热器周围土壤温度场的变化和恢复情况,试验研究了制冷过程及制冷期后地层温度恢复过程不同地层的温度分布,结果与数值模拟基本吻合。最后,指出复合式土壤源热泵有利于促进土壤温度场的恢复,从而实现系统长期稳定地运行。

寒冷地区埋管式地源热泵系统热平衡分析

以黄土高原寒冷地区埋管式地源热泵系统工程为平台，进行了为期两年的供热、恢复、供冷长期试验。在间歇制冷工况下，对换热井内岩土体的温度响应进行了研究。研究结果显示，开机30h后，岩土体温度趋于稳定，温度波动幅度为0．18-0．38℃；停机82h后，岩土体温度基本恢复稳定，温度下降范围仅为O．06～0．19℃。通过对工程岩土体热平衡分析发现，单纯地以全年累计冷热负荷的差异来判断岩土体的热平衡是值得商榷的。建议从全年累计冷热负荷平衡和岩土体的温度响应特性两个角度进行综合分析，进而确定埋管式地源热泵的适用性，以保证埋管式地源热泵系统长期稳定可靠地运行。试验结果可为黄土高原寒冷地区埋管式地源热泵系统的推广应用提供参考。

地埋管地源热泵间歇运行岩土体温度恢复特性研究

通过对寒冷地区的地埋管地源热泵系统间歇供冷工况试验,获得地埋管周围岩土体温度场的分布数据,研究地埋管地源热泵系统自然间歇运行及在人为控制的不同开停比下岩土体的温度变化规律及恢复情况。试验结果表明:岩土体的温度恢复能力随着间歇运行时间的增加而缓慢地降低,且降幅逐渐趋于平缓;除-40 m深度处的含水层外,岩土体的温度恢复率基本随深度的增加而增大。同时结合建筑的动态负荷特征,建议在满足用户使用要求的前提条件下采用昼夜交替间歇运行模式,岩土体的温度恢复情况较好,为寒冷地区地埋管地源热泵的推广应用提供了一定的理论依据和基础数据。

重庆地区竖直双U形地埋管换热器周围土壤温度恢复性能研究

通过对重庆某实际项目地埋管换热器周围土壤温度进行全年连续监测,研究分析了不同回填材料及回水管保温与否对地埋管换热器周围土壤的温度恢复及热累积现象的影响。测试结果表明：在1个夏季典型日地埋管换热器周围土壤产生温升0.26-0.94℃,1个运行周期内产生温升0.10-0.39℃,均随着深度的增加而减弱;夏季过渡期内,除距自然地表1.5m处土壤温度随天气变化外,其余各深度测点的土壤温度恢复主要集中在前2d,温降约为1.5-2℃/d。恢复时间短、回填材料导热系数小及地埋管回水管保温均对土壤温度恢复产生不利影响,但在较长的恢复时间内,其影响不显著。

严寒地区地源热泵系统动平衡运行特性研究

本文依托哈尔滨地区某供暖示范工程,对地源热泵冬季动平衡运行状态进行研究,分析土壤温度,单位管长换热量,COP以及进出口温差随运行时间的变化趋势。实验结果表明:地埋管周围土壤温度虽然呈现不同程度的波动情况,但在一周内土壤温度共下降了0.72℃,下降率为0.1℃/d。单位管长换热量呈现先下降后上升再下降的变化趋势,下降速率为0.20 W/(m·d)。运行过程中机组COP和系统COP都出现了不同程度的波动且呈现下降趋势,机组COP和系统COP平均每天下降速率分别为0.048、0.023。循环流体进出口温度以及温差的下降量分别为0.35℃、0.56℃、0.14℃。为使地源热泵系统能够持续高效运行,可采取地源热泵-太阳能联合或者地源热泵-锅炉联合运行的方式进行供暖。

土壤源热泵工程在地温异常情况下的解决方案

本文首先介绍了土壤源热泵的工作原理,然后通过某具体工程实例分析了施工区域地温异常的情况,最后指出了由于地温异常所带来的问题以及该问题的解决方案。本文可以为土壤源热泵系统在特殊状况下的设计提供参考。

复合式土壤源热泵的研究现状及发展趋势

综述了国内外复合式土壤源热泵系统应用研究的最新进展和研究成果,分析了土壤热平衡问题的形成原因、解决方案,以及目前常用的几种复合土壤源热泵系统的工作原理,对比了不同连接方式的优缺点,并对系统存在的问题提供了相应的解决办法,以及对复合式土壤源热泵未来的发展及研究的方向提出了新的观点。

基于地源热泵的温湿度独立控制系统应用实践

本文通过实例分析,提出采用地源热泵与溶液除湿耦合的温湿度独立控制系统,可直接将夏季室内部分废热供溶液除湿新风系统中溶液再生,不必全部排至地下,既解决土壤的热平衡问题,又解决了再生热的来源问题。文中最后对系统运行情况及经济性进行了分析,提出了地源热泵在夏热冬冷地区有较好的经济性,只要采取解决地下热平衡合适的技术措施,可以很好地在此地区进行推广。

高速公路地源热泵土壤温度场监测系统设计

采用地源热泵太阳能联合供暖系统来解决土壤温度场平衡问题,设计了土壤温度场监测系统,该系统包括土壤层温度监测和动态能耗监测,可以实现土壤温度场、土壤热量变化及太阳能补热量等数据的采集和存储功能,能够为地源热泵土壤温度场热不平衡问题的研究提供数据支持。

某住宅小区地埋换热器温度场研究

土壤源热泵系统能否长期稳定地运行取决于土壤温度场的恢复特性。利用DEST-H软件建立合肥某高层住宅小区建筑群模型,运用FLUENT软件模拟分析了土壤源热泵经过夏季和秋季后地埋管周围土壤温度场的变化情况,指出冷却塔补偿式土壤耦合热泵间歇运行有利于促进土壤温度场的恢复,对于夏热冬冷地区土壤源热泵性能提升具有一定的工程推广应用价值。

夏热冬冷地区土壤源热泵的适用性分析

以夏热冬冷地区某典型住宅为例,通过分析全年动态负荷、土壤取放热量、土壤温度变化等,探究土壤源热泵在夏热冬冷地区住宅建筑中的适用性。模拟计算结果表明,冬夏季的累计负荷差异较大,全年累计冷负荷约为热负荷的2.79倍,夏季向土壤累计放热量约为冬季累计取热量的3.74倍。夏热冬冷地区住宅建筑中不适宜直接单独应用土壤源热泵系统,必须采取辅助供冷、散热措施,保证全年取放热量平衡,扩大土壤源热泵系统的使用范围。