Numerical simulation and experimental verification of solar seasonal soil thermal storage

To analyze the characteristics of solar seasonal soil thermal storage in a solar-ground coupled heat pump system (SGCHPS) in severe cold area,the software FLUENT was used to establish the three-dimensional unsteady state fluid-solid coupling mathematical model of multi-well ground heat exchanger (MWGHE).The User-Defined Functions (UDF) of solar collector and plate heat exchanger were written and dynamically loaded into the model of MWGHE as the boundary conditions.In this way,the dynamic simulation of solar seasonal soil thermal storage was realized.The comparison of simulative and experimental results showed that the overall variation trend of simulative and experimental values achieves a good agreement with time;the relative errors of simulated parameters are all in the allowable range.Therefore,it can be obtained that the models established can be applied in the investigation of performance of solar seasonal soil thermal storage.At the same time,it provides a theoretical basis for the study of heating in SGCHPS and soil heat balance analysis after long-time thermal storage and extraction.

大规模跨季节土壤储热系统研究现状及展望

为了解大规模跨季节土壤储热系统的研究进展,从设计参数、物理模型、数学模型、系统运行及优化和应用场景等方面对比分析跨季节土壤储热体发展现状。分析发现,现有研究对钻井间距、土壤热导率等关键设计参数之间的成比例关系研究较少,如钻井间距与钻井直径之比、钻井体积与埋管体积之比,后续工作可沿该思路展开。此外,研究认为从无需补充电力、燃煤、燃气等额外能源即可实现供热调峰的角度分析,利用跨季节土壤储热技术承担调峰任务要比调峰锅炉更具优势。

严寒地区太阳能—季节性土壤蓄热热泵供暖系统的模拟研究

为了缓解在严寒地区长期应用土壤源热泵系统(GSHP)进行供暖所出现的系统供暖性能系数逐渐降低、出力不足等问题,同时考虑到冬夏太阳能资源的不均匀性,着重介绍了太阳能季节性土壤蓄热热泵供暖系统(SAG- SHP)以及系统冬、夏两季的主要运行模式,并建立了系统各个部分的数学模型,确定了系统各运行模式的转换条件。在上述基础上,分别对SAGSHP和GSHP供暖系统进行了瞬态数值模拟,并对比分析了这两个系统的全年运行特性。由分析可知,SAGSHP能保持土壤温度场以年为周期的热平衡,同时可以提高系统的供暖性能系数以及供暖可靠性。

跨季节蓄热地源热泵地下蓄热特性的理论研究

研究了跨季节蓄热地源热泵系统(GCHPSS)土壤蓄热体温度场的变化规律,编写VB程序对地下埋管土壤蓄热进行了模拟计算。结果表明:当单U型竖直埋管蓄热时,土壤日蓄热量、热作用半径和平均蓄热率在初始阶段急剧变化,然后缓慢减小并最后趋于稳定,蓄热量也趋于平衡。当管群蓄热时,蓄热系统运行1个循环周期(1a)后,土壤的温度场基本上可以恢复平衡,恢复后较蓄热开始时升高0.5～1.0℃。通过对不同地区3种典型土壤的蓄热进行比较,得出粘土是一种性能良好的长期储能介质。同时,地下埋管土壤蓄热特性的实验研究为GCHPSS系统的推广应用提供设计依据。

土壤源热泵与太阳能采暖耦合系统土壤热响应研究

针对土壤源热泵和太阳能跨季蓄热优化匹配问题,在土壤全年热平衡基础上,建立土壤热过程数学模型。通过数值计算,分析土壤沿径向和轴向的热响应规律以及土壤在不同蓄热量和热流量下的周期热响应特性。研究表明:土壤温度在每个季节的前10天波动最大;系统运行一个年周期后土壤热作用半径约为2.5 m,钻孔间距宜设为5 m;夏、秋、冬、春季热流比例为4.5∶1∶-4∶0时,土壤温度几乎完全恢复;在土壤蓄、释热比例保持不变的前提下,钻孔与土壤换热量的变化对土壤温度恢复速率的影响不大。

严寒地区太阳能土壤源热泵季节性土壤蓄热

针对严寒地区太阳能-土壤源热泵初期冬季土壤温度过低导致供热不达标、土壤热量以年为周期不平衡等问题,提出利用太阳能-土壤源热泵现有装置进行太阳能季节性土壤蓄热的解决方案。进行了冬季供暖、太阳能季节性土壤蓄热实验和夏季供冷实验。太阳能季节性土壤蓄热对于供暖和供冷都有利。土壤温度在蓄热结束时明显高于初始温度,土壤热量得到了有效补充。季节性蓄热能够使太阳能-土壤源热泵系统更充分利用太阳能,在严寒地区得到更好应用。

跨季节地埋管储热性能模拟及分析

地埋管储热(BTES)是解决太阳能间歇性、季节性等问题的有效手段之一。本文以串联连接的地埋管群为研究对象,基于解析解和数值解的混合解,建立地埋管群储热模型,并验证了模型的有效性。系统连续运行5年,储热体平均温度逐渐在一个稳定的范围内变化,注热量和取热量逐渐趋于稳定。以影响系数IC为指标进行敏感性分析,模拟钻孔间距、钻孔深度、土壤导热系数及土壤体积热容四个参数对BTES效率的影响。结果表明,钻孔间距和土壤导热系数是影响BTES效率的最主要参数。在稳定工况下,钻孔间距的IC值在0.02~0.44范围内,土壤导热系数的IC值在0.2~0.23范围内。