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。

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。

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。

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。

埋管换热器热阻分析

地源热泵系统中的竖直埋管换热器是地源热泵系统的一个关键部分,从U管内至岩土间的传热热阻影响热泵系统的性能。文中介绍在静态负荷下,利用垂直U型埋管换热器换热的一维模型和二维模型,从传热热阻的角度进行了埋管管径、钻孔直径与管内对流热阻、钻孔热阻间的分析,结果显示,对钻孔热阻与管径的优化选择可降低热阻,同时对提高埋管换热器的换热效率、优化埋管换热器的设计具有指导意义。

上海地区地源热泵单U型地埋管运行特性研究

在上海地区建立单U型地埋管地源热泵实验台,分别在典型供冷供热工况下进行实验。实验主要分析了地源热泵运行时地埋管周围不同深度土壤温度变化情况,地埋管进出水温变化情况,地埋管单位井深换热量和地源热泵停机后地下不同深度土壤温度恢复情况。通过分析得出上海地区单U型地埋管换热器的运行特性。并采用GAMBIT建模软件和FLUENT数值计算软件,对单U型地埋管夏季出水温和冬夏季埋管周围土壤温度进行数值模拟,并将实验结果与模拟结果进行比较,二者有较高的吻合度,可为上海地区实际工程及后续研究提供参考依据。

地下连续墙内埋管地下换热器设计计算方法研究

基于地下连续墙内埋管传热模型的解析解,根据地下换热器进水温度假定曲线,迭代原理及负荷聚合原理提出地下连续墙内埋管地下换热器逐时换热量的计算方法及地下换热器的设计计算方法,并与数值模型、地埋管传热模型及上海自然博物馆的现场试验数据进行比较与分析。结果表明:采用该文提出的方法得到的地下换热器逐时换热量与实测值非常吻合,更能准确分析地下连续墙内换热器可承担的换热量的变化情况,并通过将其与满足上部建筑物冷(热)负荷所需的换热量相比较,从而判断地下换热器的设计参数是否合理,为科学设计地下连续墙内埋管地下换热器提供依据。

上海某垂直单U地埋管钻孔换热能力试验研究

通过对上海某典型地质钻孔垂直单U地埋管换热能力进行现场试验,得出了夏季散热及冬季取热模式下单孔的换热能力。结果表明,在本测试工况条件下,冬季工况每延米取热量约为夏季工况散热量的65%,冬、夏季钻孔取放热能力明显不平衡。试验结果能为类似地质条件下地源热泵系统的设计及施工提供有益参考。

基于TRNSYS的地源热泵优化设计仿真模拟分析

利用TRNSYS瞬时仿真模拟软件建立地源热泵低温地板辐射供冷供热系统模型,对严寒地区办公建筑地源热泵低温地板辐射系统长期运行情况进行模拟,结合连续性实验,对软件模拟和实验得到的数据进行分析,并用实验得到的数据对数值模拟得到的结果进行验证.通过对不同机组选型、不同地埋管换热器钻孔个数、不同单位井深换热量工况下,系统长时间连续运行时机组平均COP以及土壤温度场进行模拟,发现机组容量越接近37.5 kW,COP越高,钻孔15~20个、单位井深换热量18~24 W时可以达到最佳运行效率.

闭式湖水源热泵埋管深度的影响研究

针对南京工程学院的闭式湖水源热泵的埋管深度问题,建立了三维传热模型。使用FLUENT软件模拟了不同埋管深度对湖水温度场的影响,同时计算了相应条件下的机组COP(Coefficient of Performance)。研究结果表明,埋管深度越大,闭式湖水源热泵温排水对湖水温度影响越小;闭式湖水源热泵的COP随着埋管深度的增大而增大。结合研究结果,对闭式湖水源热泵的埋管方式提出了相应的建议。

小洋房地源热泵地埋管介绍及系统经济性分析

介绍了上海理工大学3栋历史建筑(小洋房)的地源热泵地埋管系统,并对地源热泵运行的能耗和经济性进行了分析。分析结果表明,与分体空调相比,地源热泵节能率达到27.3%,投资回收期为18.3年。

地埋管地源热泵系统建设中若干问题的讨论

对地埋管地源热泵系统在实际建设中遇到的问题进行了归纳和总结。对一些观念上的误解进行了辨析,并针对系统的优化设计进行了技术上的研究,提出了可行的解决办法。

地埋管换热器传热特性模拟与试验研究

利用土壤源热泵试验系统,进行不同埋管间距下夏季连续运行试验,用FLUENT软件建立竖直U型地埋管换热器与土壤间的传热模型,对不同管间距的U型地埋管周围土壤温度场和地埋管换热器传热特性进行了数值模拟,将数值模拟结果与试验数据进行对比分析。通过分析,得到了不同埋管间距对土壤源热泵系统性能的影响大小,以及地埋管周围土壤温度场的变化对地埋管换热器换热性能影响规律,验证了所建立的模型和所用模拟条件的正确性。

某地源热泵地埋管系统的简化算法

以线热源理论为基础,结合热阻的概念,介绍地源热泵系统垂直U型埋管换热的物理模型,计算了影响系统换热效果的主要参数。将计算结果和实验测试值进行对比,误差在工程允许的范围内。根据该算法能够得出不同埋管形式下的单位井深换热量和所需的埋管间距,可作为工程设计依据。

生物质锅炉辅助聚光光伏光热的低碳供热系统建模与优化研究

针对双碳目标下未来供暖系统低碳化转型趋势,设计了一套耦合太阳能聚光光伏光热技术、生物质锅炉和地源热泵的低碳供热系统。使用TRNSYS软件搭建供热系统模型,以天津市某宿舍为研究对象,按照天津市典型年气象参数,采用NSGA-II算法对系统配置与运行参数进行多目标优化。结果表明:在蓄热水箱容积为9.9 m~3,地埋管孔数为8,蓄热水箱出口水直接供热温度为44.1℃,仅靠生物质锅炉补热的蓄热水箱出口水温为15.3℃条件下系统运行效果最优;优化后供热系统的聚光光伏光热系统太阳能转化总效率基本在70%以上,结合地埋管可实现对太阳能的高效转化和有效消纳;热泵系统性能系数高,可有效利用低温热源进一步实现高效供热。

深部矿井水平方螺旋形埋管充填体换热器及其耦合热泵系统性能研究

深部矿井蕴藏着大量地热资源,功能性充填体技术将深部采矿和深部地热开采相结合,实现矿产和地热资源开发共赢,是延长深部矿山寿命的重要举措.本文在分析了国内外充填矿井通过埋管提取地热资源现状基础上,提出了一种水平方螺旋形埋管充填体换热器(Square-spiral-type backfill heat exchangers,S-S BHE).考虑到地下水渗流对矿井埋管充填体换热器(Backfill heat exchangers,BHE)取热影响显著但前期研究相对不足,利用COMSOL软件建立了三维非稳态BHE热渗耦合模型并验证了其可靠性.在此基础上,建立了埋管充填体换热器耦合热泵(Backfill heat exchangers coupled heat pump,BHECHP)数学模型及四个综合评价指标.首先,在相同几何条件和物理条件下,对比分析了S-S BHE与两种典型蛇形BHE的性能,结果表明:S-S BHE的综合评价指标均优于蛇形BHE,且在较高渗流条件下优势更加显著.其次,研究了管内流速、管间距、渗流速度和入口水温对S-S BHE及其耦合热泵特性的影响规律,研究发现:管内流速和渗流速度对综合评价指标的影响最为显著,管内流速越高,单位管长平均换热功率越高,但制热季节能效明显降低.分析认为管内流速存在0.4~0.6 m·s^(–1)的最优区间,此时管内循环水流动处于从过渡区向旺盛湍流转变.渗流速度在小于10^(–6)m·s^(–1)时的影响可以忽略不计,在10^(–6)~10^(–5)m·s^(–1)的常见渗流范围内,综合评价指标均呈线性递增的趋势.最后,对方螺旋形埋管充填体换热器耦合热泵(Square-spiral-type backfill heat exchangers coupled heat pump,S-S BHECHP)进行了生态评价.通过与传统供暖方式对比发现:采用S-S BHECHP的供暖方式具有显著的节能降碳效果,一次能源消费和碳排放量比蓄热式电锅炉、燃煤锅炉和空气源热泵相应降低了83.39%、61.57%和56.84%.本研究结果展示了方螺旋形BHE和BHECHP的优良性能,为蓄热储能式功能性充填在深部矿井的应用与探索提供了理论指导.

伞状地埋管换热器储热温度场研究

随着地源热泵技术在城市的快速发展,地下换热器系统的用地问题日益显现,为进一步减少钻孔所占地面面积,增强单位面积埋管的换热强度,创造性地建立了伞状地埋管换热器模型。通过FLUENT软件对其模型进行了非稳态的流固耦合换热模拟研究。模拟表明,采用与水平面成75°角的U型换热管、集热管径为4 m的伞状地埋管换热量最大,热积聚效应最小。