考虑岩土分层的不同管材地埋管换热器换热性能研究

以竖直U型地源热泵地埋管换热器为研究对象,考虑岩土分层,设计一种复合管材,模拟分析传统PE管材、复合管材的换热性能,并根据区段能效系数设计复合管材、复合管材+PE管材布置形式,进一步探究两种布置形式的换热性能、经济性。结果表明:地埋管换热器使用复合管材能显著提高换热性能,特别是在进水管段及出水管段下部使用复合管材换热能力明显增强,在出水管段中、上部使用复合管材对提升换热性能不明显;复合管材+PE管材与复合管材布置形式换热性能相差甚小,但复合管材+PE管材布置形式管间热短路影响更小、更经济。

能量桩换热影响因素研究现状

随着供暖需求的不断增加,研究者开始探索利用地热能的更好方式。与中深层地源热泵相比,浅层地源热泵中的能量桩在良好换热效率的基础上,忽略了钻井过程,不需要占用额外的地下空间,可以与地下工程结构配合,解决了地源热泵系统在城市中占地广、造价高的两大主要问题。综述了能量桩换热影响因素(管型、循环介质流速、桩间距、地下水渗流、间歇运行方式以及土壤类型)的研究进展。研究发现,螺旋型管型的换热面积最大,换热效率最佳;循环介质的流速一般只需确保其流动状态为湍流;桩间距越大换热效果越好;比热容小的土壤,热干扰明显,传热效率降低;间歇循环较持续运行模式换热效率值相对更大。在此基础上,提出了能量桩下一步的研究建议和展望。

空气源分体式热管-热泵供暖系统在煤矿井口防冻中的特性研究

为提高空气源热泵的性能,同时更好地满足煤矿井口防冻特殊工艺要求,将空气源热泵与热管技术相耦合,使用小压比热泵机组搭建了空气源分体式热管-热泵供暖系统实验平台。该耦合系统中蒸发器和冷凝器两端均采用相变传热的方式,并对其进行不同运行工况下的性能特性研究,结果表明:该耦合供暖系统即使在0℃左右的室外条件下,耦合机组的系统制热性能仍可达到4.5以上,远远优于传统空气源热泵机组。

中深层地埋管换热器性能研究——基于某体育训练基地场馆供暖工况

为研究同轴式地埋管换热器和U形地埋管换热器这2种中深层地埋管换热器换热性能,利用Fluent结合某体育训练基地场馆实际情况建立数值模型。模拟研究10年运行时间内,间歇运行模式、岩土导热系数和地温梯度等因素对这2种地埋管换热器换热量的影响。结果表明:前5年这2种地埋管换热器换热能力衰减较大,均下降6.6%左右,随后逐渐平稳;岩土物性参数一致时,2种换热器10年内换热能力衰减相差不大。4种间歇运行工况下,U形地埋管换热器换热性能均略优于同轴式地埋管换热器;在高岩土导热系数和高地温梯度时,运行10年后U形地埋管换热器换热性能优于同轴式地埋管换热器。

中深层地埋管热泵系统运行性能测试平台及方法研究

中深层地埋管热泵供热系统的运行性能受地热地质条件影响显著。本文针对新建项目缺乏地热地质资料的情况,提出了该技术的现场测试平台及方法,在建设初期即可明确实际应用效果。将该方法应用于我国寒冷地区某新建项目,实测结果表明,1根埋深2750 m的中深层地埋管连续运行尖峰取热能力达到450 kW,热泵机组尖峰供热能力达到600 kW。对中深层地埋管取热特性、热泵系统运行特性开展了变工况测试研究,可为项目规划设计及技术的推广应用提供数据支撑。

换气热回收用泵驱动热管系统工作特性模拟

为满足能量回收装置新风负荷变化和节能要求,建立了泵驱动回路热管系统数学模型,在冬季制热工况下,研究了以R32为工质的气泵驱动回路热管模式(booster-driven loop heat pipe,BLHP)、制冷剂泵驱动回路热管模式(refrigerant pump-driven loop heat pipe,PLHP)及气泵-制冷剂泵复合驱动回路热管模式(booster refrigerant pump composite-driven loop heat pipe,CLHP)的质量流量、制热量、能效比(energy efficiency ratio,EER)和温度效率随室内外温差的变化关系,并与R22作为循环工质运行特性进行了对比分析,最后给出了R32系统在不同运行模式之间的切换条件.结果表明,BLHP模式下R32和R22的质量流量相近,PLHP模式下R22的质量流量比R32系统高125%,BLHP模式下R32的制热量和温度效率高于R22,室内外温差小于27℃,BLHP模式下R32的制热EER高于R22,PLHP模式下R32的制热量、温度效率和制热EER均略高于R22;R32系统中,CLHP模式的换热量和温度效率均优于BLHP和PLHP模式,CLHP模式的EER相较于PLHP模式有所降低,但和BLHP模式的EER相近.室内外温差为35℃时,CLHP模式的制热量比BLHP模式和PLHP模式分别高163%、144%,从温度效率和系统性能方面考虑,冬季制热工况下,温差小于8.5℃时,采用BLHP模式较适宜,温差大于8.5℃时,采用CLHP模式较适宜.

基于三维DTRT传热模型的地源热泵土壤热导率测试方法研究

为进一步提升土壤热导率测试精度和效率,基于建立的三维分布式热响应测试(DTRT)理论模型,结合粒子群算法提出一种新型土壤热导率的DTRT测试方法,并基于该方法对土壤热导率的时空变化规律进行研究。首先针对U型埋管换热器建立DTRT三维传热分析模型,然后通过建立DTRT实验平台获得流体温度数据并验证建立的传热模型,同时利用建立的模型计算分析土壤热导率、管间距和加热功率对流体温度的影响,最后基于不同时间和深度的温度数据并采用粒子群算法对土壤热导率随时间变化和空间分布规律进行研究。研究结果表明,建立的DTRT理论模型具有较高精度,流体进出口温度的平均分析误差约为0.5℃;利用不同深度的温度数据预测出的土壤热导率稳定性较好,最大偏差仅为1.49%;不同时间土壤热导率的预测结果收敛性也较好,在5和20 h下的测试结果偏差仅为4.67%。此外,土壤热导率预测结果与参考值吻合度较高,说明该文提出的方法可在短时间内对不同深度的土壤热导率进行有效预测。

西安地区GSHP地埋管换热关键影响因素测试

地下埋管换热器是地源热泵空调系统的核心部分,其换热性能的优劣直接影响地源热泵的工作效率和经济性能。西安地区以地表深厚黄土为显著特点,其地埋管换热量与其他地方具有明显差异。平均地温、换热器管径、连管方式、换热器型式、媒介流速是影响换热器换热效果的几个主要因素,也是决定换热器换热量、影响地源热泵系统效率的最大因素。为了准确评判西安地区以上各因素对换热器换热量的影响,分析各因素的影响程度,本测试共施工了不同管径、不同型式的6口地源热泵换热井,经多次反复测试,测定各种组合形式的换热量,研究成果为地源热泵系统的优化设计和运行提供科学的参考依据。

某小型数据中心散热用泵驱动回路热管换热机组的应用研究

由于泵驱动回路热管换热机组具有低耗能、高能效比(EER)的特点,为了将该机组更好地应用于小型数据中心,对某小型数据中心散热用泵驱动回路热管换热机组的运行性能进行研究,拟合出其换热特性曲线,并通过拟合曲线对其进行节能性分析.分析结果表明,在过渡季节及冬季,当室外温度低于15℃时,采用氟泵系统对数据中心机房进行散热能满足室内负荷要求并具有良好的节能效果,与之前的采用空调散热相比节省电能至少达到36.57%.

地源热泵桩基埋管传热性能测试与数值模拟研究

阐述了地源热泵地埋管传热性能的测试原理,并与热响应测试原理相对比。依据传热性能测试法,搭建实验台测试了4种桩基埋管在额定进口水温下的传热性能,并考查了不同进口水温对W型埋管传热性能的影响。进而采用数值模拟方法研究了不同埋管类型的传热性能,与测试结果相比有较好的吻合性。该文提出的传热性能测试方法和数值模拟方法可准确确定单位井深放热量,为地源热泵系统的优化设计提供参考。

地埋管地源热泵地埋管管径的选取

详细阐述了地埋管管径对水泵能耗和地埋管换热性能的影响,在地埋管内水流量一定的情况下,选取5种不同管径进行了分析。结果显示,适当增大地埋管管径可减小流体在地埋管内流动时的沿程阻力,降低水泵运行能耗;减小地埋管管径可以增强地埋管内循环水与管壁的对流换热。应该综合考虑,确定最佳管径。

动力型热管内R134a流动沸腾传热过程的特性

针对动力型热管内两相流沸腾过程复杂未知,实验复现性差的问题,搭建了动力型热管两相流沸腾传热实验装置,对水平管内R134a工质沸腾传热过程的沿程阻力特性及对流传热系数进行了实验研究,并将获得的实验数据与前人总结的压降、对流传热系数计算关联式进行对比分析。研究表明,Muller-Steinhagen-Heck压降关联式的积分值与实验结果吻合较好,误差在±10%以内;Mohseni关联式在干度大于0.1时所得对流传热系数与实验结果具有较好一致性,误差在±10%以内,但在干度小于0.1时存在较大偏差,部分误差已超30%,为此重新拟合了干度小于0.1时的对流传热系数关联式。该结果可为该类换热器的实验研究、数值模拟及优化设计提供有效的理论参考标准。

严寒地区土壤源热泵地下水平埋管换热性能影响研究

针对严寒地区地源热泵水平埋管换热器的传热规律及其制约因素,建立加土壤保温层水平埋管换热器周围土壤不稳定温度场的物理和数学模型,并对所建立的模型进行模拟计算及实验验证。研究加保温层前后埋管周围土壤的温度变化以及不同运行方式下埋管周围土壤的温度场。结果显示:加土壤保温层后,单埋管换热器周围土壤温度提高1.30℃,双埋管换热器周围土壤温度提高约1.20℃。间歇运行比连续运行更有利于土壤温度的恢复,埋管换热量也得到提高。

地源热泵的套管式地下换热器传热研究

依据能量平衡 ,建立了地下浅埋套管式换热器传热模型 ,求解并分析了影响传热的主要因素 ,提出了强化换热的措施 。

地源热泵垂直套管式换热器传热研究

介绍了地源热泵的特性及其发展前景,分析了现有传热模型的局限性。在V.C.Mei传热模型的基础上,结合系统能量方程和热传导方程建立了套管式换热器的传热模型。采用有限元法和有限差分法对埋管周围的温度场进行了数值计算。通过与实测值的对比表明该传热模型能更好地反映出真实的传热过程和传热机理。

太阳能-空气双热源热泵系统性能实验

将平板微热管光伏光热组件改造为新型光伏光热蒸发器,研发新型太阳能-空气双热源热泵系统,对太阳能供热模式和双热源供热模式下系统的运行性能进行研究。研究表明:受太阳辐射和环境温度影响,双热源供热模式下环境空气的作用会在放热和吸热之间转换,环境温度与背板温度的温差在-3.1~3.5℃之间波动;双热源供热模式适合在低辐照条件下运行,其热效率、综合性能效率和COP分别达56.7%、81.7%和2.38,比太阳能供热模式提升20.3%、25.0%和6.7%;在高辐射条件下,双热源供热模式会造成系统散热加快,但是对系统发电性能有提升作用。根据上述特性,当背板温度小于环境温度时启动双热源供热模式,反之启动太阳能供热模式,可以进一步提升系统的运行效果。

地源热泵系统地中集热器强化传热初步研究

为了增强地中集热器的换热效果,从强化传热的角度对不同的集热器进行了计算说明并与数值模拟结果进行了比较,结果表明,减小管径可以增强地中集热器的换热效果;从地中集热器的结构、载冷剂的种类与性质、回填材料的选择等几方面进行了理论探讨,进而提出了提高地源热泵系统地中集热器换热效果的措施.

泵驱动回路热管能量回收装置的工作特性

为了有效利用公共建筑空调系统排风的能量,降低新风处理能耗,设计出一种泵驱动回路热管能量回收装置.搭建实验系统,讨论该装置在8种运行工况、3种不同工质下的工作特性,分析工况和工质对其换热量、温度效率和性能系数等参数的影响.结果表明:该装置能够满足公共建筑换气能量回收的要求,具有显著的节能效果.室内外温差增大对其换热量和性能系数有利,对温度效率不利.该装置夏季工况的性能系数可达11.07,冬季工况的性能系数可达23.82;以R32为工质时,该装置的性能优于R22和R152a.

地源热泵地埋管换热器传热研究(3):变热流边界条件下单U形地埋管换热器的非稳态传热特性

采取数值计算与解析计算相结合的方法,研究变热流边界条件下单U形地埋管换热器的非稳态传热特性。以钻孔壁为边界,将计算区域分为两个部分,钻孔内区域采用稳态解析计算模型,钻孔外土壤区域采用有限容积法。研究了埋管出口流体温度、钻孔瞬时平均壁温、单位长度吸热量以及距钻孔一定距离处土壤温度分布随运行时间的变化规律。计算结果为地源热泵系统的动态模拟、优化设计及改进提供了参考。

组合式热管蒸发器在污水源热泵中的应用

介绍了组合式热管蒸发器结构和工作原理。分析了组合式热管蒸发器传热过程。进行了实验研究。对污水入口温度一定的情况下,不同的污水流量对组合式热管蒸发器冷侧传热系数、热侧传热系数和总传热系数的影响,热管冷侧传热系数和热管热侧换热系数对热管总传热系数的影响以及冷热侧换热面积对热管总传热系数的影响进行了研究。