双U型地埋管换热器换热性能试验研究

双U型地埋管换热器(DUBTHE)在实际应用中易出现管路交叉,引起热短路,造成换热性能降低,直接影响浅层地源热泵系统的运行效率。以西安某浅层地源热泵项目为工程背景,基于无限长线热源理论和斜率法,通过现场岩土热响应试验、不同测温法测温试验,研究了岩土初始平均温度、导热系数和体积热容,及管卡间距对DUBTHE换热性能的影响。结果表明:多点式测温线缆测得的岩土初始平均温度为17.08℃,更接近实际地层温度。该地层的岩土综合导热系数和综合体积热容分别为1.65 W/(m·K)、2.81×10^(6 )J/(m^(3)·K)。DN25 DUBTHE的夏、冬季单位延米换热量随着管卡间距减小而增加,且增速随管卡间距的减小先增大后减小。当管卡间距分别为1、2、3、4 m时,DN25 DUBTHE的夏季单位延米换热量较无管卡分别提高了21.03%、19.48%、15.16%、3.92%;DN25 DUBTHE的冬季单位延米换热量较无管卡分别提高了20.83%、19.48%、14.94%、3.79%。工程中最优的管卡布置方式为2 m或3 m管卡间距的DN25 DUBTHE。研究结果可为关中地区浅层地源热泵系统的优化设计提供经验借鉴与数据支撑。

中深层地源热泵系统研究进展

地热能作为可再生能源,具有能源分布范围广、运行稳定等优势。地热能供暖系统的应用离不开热泵技术。中深层地源热泵系统能够克服浅层地源热泵土壤热失衡问题,且具有出水温度高、能效高等优点。通过综述中深层地源热泵系统的研究现状,分析目前中深层地源热泵在研究和应用中的不足,并指出中深层地源热泵未来的研究方向。

地源热泵及其应用分析

介绍了地源热泵的类型、原理及特点,并对水平埋管和竖直埋管的地源热泵与空气源热泵的经济性进行了比较。结果表明,对小型住宅,采用水平埋管的地源热泵经济性最好。

增强地源热泵竖直埋管地下换热器换热性能的研究

地下换热器换热性能直接影响到地源热泵系统的初投资和运行成本。地下换热器可分为单U型、双U型和 1+2型三类。采用非稳态法对膨润土、水泥 +砂两类回填材料进行了室内实验 ;在相同的边界条件下 ,采用扶正器和定位器施工可以保证下管 ,并能降低钻孔内热阻。因地制宜地选择埋管形式 ,采用稳定。

地源热泵地下垂直埋管换热器的试验研究

介绍了地源热泵的发展意义及前景， 参照国外地下埋管换热器岩土温度场的求解方法，采用线源理论及热阻网络分析方法建立了传热模型，提出了采用计算法确定大地初始温度并与实测值进行了对比。在建设的垂直埋管换热器试验装置上进行了单管、三管串联运行试验，为开发地源热泵技术提供了可供参考的数据。

地源热泵竖直地埋管系统设计的简明算法模型研究

根据对流换热、导热理论和能量平衡方程,在借鉴IGSHPA模型方法的基础上,得出了地埋管换热系统设计的简明算法模型。模拟值与实测值的比较结果表明,误差在工程允许范围之内。根据该算法能够得出相同换热量的不同埋管设计方案,即不同的埋深、管间距、管内流速和埋管数量的组合情况,同时也能得出相应的流体进出口温度。

浅埋竖管换热器地热源热泵夏季供冷试验研究

介绍了根据浅埋竖管换热器地热源热泵冬季测试结果 ,在夏季试验中对试验装置及实验方法的改进 ,测试了夏季定水量 ( 63天 )的运行效果和变水量运行时各性能指标的变化。采用系统能量平衡结合热传导方程建立的地下竖埋套管管群换热器传热模型和过渡季大地温度场模拟 。

地下水渗流对竖埋管换热器传热影响的数值模拟

地下水渗流对竖埋管换热器与岩土体的热量交换具有显著影响。该文应用地下水渗流理论和传热学理论,建立考虑热传导和地下水渗流共同作用的热渗耦合传热模型;针对南宁河流阶地土层,模拟分析地下水渗流对竖埋管换热器传热的影响。研究结果表明:1)地下水渗流可以强化地埋管的换热,且随着渗流速度的增大,强化换热作用越明显;2)地下水渗流对换热器热交换的影响具有方向性,在此基础上,对竖埋管换热合理的布置方式进行分析;3)南宁河流阶地地区,仅考虑砂砾层存在地下水渗流对换热的影响,更符合工程实际。

土壤热源热泵系统垂直U形埋地换热器传热过程及合理间距的分析

利用传热理论 ,提出了土壤热源热泵垂直U形埋地换热器的等效换热器 ,并通过传热热阻分析 ,得到 :埋地换热器在土壤中的取热过程 ,热阻的主要成分是土壤和塑料管壁。在换热强度为单位管长 40W /m(单位埋孔长度 80W/m) ,类似上海地区的气象与地质条件下 ,对 5 0m深的埋地换热器孔中心间距至少为 5～ 6m ,才能保证换热器之间相互不受干扰。

垂直U型埋管换热器准三维热渗耦合模型及其实验验证

为了探讨热渗耦合对土壤源热泵地埋管换热的影响,基于多孔介质传热传质及地下水渗流理论,通过耦合竖直方向一维流体模型与水平面内土壤二维非稳态热渗耦合模型,建立了考虑地下水渗流影响的准三维U型埋管热渗耦合模型。基于模型的数值求解,探讨了土壤热物性及地下水渗流对埋管换热特性的影响。结果显示:土壤导热系数与比热容的增大均有利于加强埋管的换热,且地下水渗流的存在有利于强化地下埋管与周围土壤间的换热能力,提高土壤源热泵系统的运行效率。实验验证表明,所建模型具有一定的预测精度,可为地下埋管换热器传热特性的研究提供理论基础。

土壤热源与热泵联接运行冬季工况的试验研究

研究利用土壤热源的一种新方法，即利用我国长江流域丰富的地表水作为蓄能和传热介质，以井作为竖直埋管形式．提取土壤热量来作为热泵系统冬季供暖热源．测试结果包括不同埋管尺寸、不同水循环方式以及各种工况下运行参数对热泵性能和取热量的影响．

垂直埋管土壤源热泵供热供冷实验与分析

论述了垂直埋管周围土壤温度场随时间的变化以及垂直埋管土壤源热泵供热供冷性能同土壤温度变化的关系 ,采用有限元法利用所建理论模型对垂直埋管周围土壤温度场进行了数值模拟 。

地源热泵系统地埋管群分区运行控制策略研究

通过建立地埋管传热模型和变频水泵能耗模型,对不同地埋管群分区运行控制策略下对应的钻孔壁温、出水温度和能耗进行模拟计算。结果表明:地源热泵系统地埋管群采用分区运行控制策略钻孔壁温和出水温度恢复较好,采用负荷控制策略时的节能率关系为:75%负荷率>50%负荷率>25%负荷率;采用时间控制策略时的节能率关系为:下午时段>中午时段>上午时段;采用水温控制策略时的节能率关系为:出水29℃>出水30℃>出水28℃;采用分区运行控制策略节能率均可达到20%,高于地源侧系统变流量运行控制策略。

竖直埋管地源热泵技术

竖直埋管地源热泵技术的重点和核心是地下埋管换热器。地下埋管换热器的设计包括 :换热器形式和回路形式的选择 ,地下换热器尺寸设计 ,水平间距及热短路 ,管材的选用和换热能力等。地下埋管换热器的施工主要包括 :钻孔 ,下管 ,注浆、回填和换热器的安装。

寒区土壤源热泵换热埋管的水热力耦合分析

为解决寒区土壤源热泵地下埋管冻胀安全性问题,根据传热学、渗流和冻土力学理论建立寒区土壤源热泵水热力耦合的数学力学模型及其控制方程。利用FEPG有限元自动生成软件,对大庆油田某土壤源热泵地下埋管所在土体内温度场分布、冻胀位移及应力作用进行仿真计算,并对不同深度、不同回填区土壤导热系数、不同管脚间距情况进行了对比分析。结果表明,土壤源热泵运行初期,土壤未冻结,埋管的位移量很小。土壤温度达到相变温度后,土体冻结体积增大,埋管发生挤压变形。当土壤温度超过冻结相变区(-0.75℃,-0.30℃)时,埋管不会发生连续不断的变形。

地源热泵埋管换热器传热模型及其应用

介绍了地源热泵地下埋管(套管式和U型管式)换热器传热模型的理论基础和应用方法,并进行了实例计算,对计算结果进行了分析和讨论,其中重点对管群换热器的修正系数η的意义和计算方法进行了讨论,对使用GSHP.HTM主程序需要输入的已知参数及某些基础数据的确定方法进行了分析,对JSW.HTM子程序的计算公式及其数据的取值做了介绍。最后还对使用计算程序时应注意的问题做了分析讨论。

二区域U型埋管传热模型及其实验验证

以钻孔壁为界将垂直U型埋管的换热区域划分为钻孔内外两部分,并分别采用稳态与非稳态传热来分析求解.两区域模型间通过钻孔壁温耦合连接,从而构建了二区域U型埋管传热解析解模型.对于钻孔以外部分.采用变热流圆柱源模型来求解钻孔瞬时壁温.钻孔以内部分,基于元体能量平衡法建立了考虑埋管流体温度沿程变化及U型两支管间热干扰的钻孔内U型埋管传热模型.实验验证表明,该模型预测出的埋管出口温度值与实测值的变化趋势一致,预测相对误差在6%以内.所建二区域U型埋管传热模型可为地源热泵系统的动态模拟、优化设计及其改进提供参考.

垂直U型管换热器周围土壤温度场的数值模拟

目的分析地下U型埋管周围土壤的温度分布情况,了解埋管周围土壤温度随时间的变化规律.方法在夏季制冷工况下,对地埋管换热器中的单U型管建立了非稳态数学模型,应用数学软件MATLAB中的PDETOOL进行求解,对地埋管周围土壤的温度分布状况进行了模拟.结果随着热泵的不断运行,埋管周围的温度越来越高,热作用半径越来越大,热泵运行10h后,热作用半径为0.5 m,埋管周围土壤温度最高达26℃.热泵运行2 190 h(90 d)后,热作用半径为10 m,埋管周围土壤温度最高达45℃.结论通过数值模拟,得出了埋管周围土壤温度随着时间的变化规律,热泵不能连续运行,要间歇运行.

基于垂直U型埋管换热器的圆柱源理论及其应用研究

基于经典常热流圆柱源理论，引入叠加原理与负荷累积思想将其发展为能够适用于长时期短时间步长变热流地源热泵系统模拟的变热流圆柱源模型，并引用实例从理论与实验两方面对改进模型的有效性进行了验证。将圆柱源理论模型应用于太阳能-土壤源热泵系统联合供暖运行性能的数值模拟，结果表明：对于青岛地区，太阳能-土壤源热泵联合供暖运行模式相比地源热泵单独运行节能8．3％。14．5％，就各运行模式而言，带有蓄热水箱的联合运行模式二效果最佳；通过优化进一步得出：其设计可按能量比例63％与37％或尺寸比例13．8m（埋管）/m^2（集热器）来分别确定盘管长度与集热器面积的大小；至于系统经济性，只有当单位面积集热器价格小于5．81m埋管所需费用时，SESHPS在经济上才是可行的。

竖直地埋管地源热泵施工中的若干问题探讨

分析了竖直地埋管地源热泵施工中存在的一些问题,包括U形地埋管成品弯头的选用、U形管管卡设置、排水沟和泥浆池设置、埋管井间距的确定、埋管井的回填等,给出了解决办法。