垂直埋管式地源热泵土壤温度分布研究

以某办公建筑双U垂直埋管式地源热泵系统作为研究对象，对其连续3a的运行进行土壤温度监测及分析。结果表明：在换热器夏季累积换热量为366．5MJ，冬季累积换热量为233．8MJ的情况下，距换热器5．0m范围内土壤温度共升高2．8℃，系统运行30a后，土壤温度超过35℃；土壤在与工程井径向换热的同时进行深度范围内的轴向换热；另外土壤的蓄热性使土壤温度变化出现2-6个月的时间滞后。

竖直双U地埋蓄热井在不同运行条件下的换热特性

提出了简化双U地埋井三维模型建立和网格划分方法,在不同进口温度、流体流速和运行时间等影响因素下对蓄热井短期蓄热进行了瞬态模拟。根据模拟结果对比分析了不同条件下蓄热井换热性能和土壤热扩散特性,探讨了系统最佳进口温度、流速以及蓄热方式。结果表明:进口温度为40℃和50℃时换热量远高于进口温度为30℃时的换热量,流速为0. 1 m/s时的换热量远小于0. 3、0. 5m/s时的换热量,并且此两组流速对应的换热量相差不大。在径向方向上,靠近U管表面处土壤温度在换热初期急剧上升,离中心0. 5～1 m远处土壤受换热影响极其小。经分析得出,蓄热井最佳进口温度、流体流速和井间距为40～50℃、0. 3 m/s和1. 5～2 m,且结合合理的间歇蓄热方式也是提高换热量的关键。

层状土壤条件下竖直地埋管换热器内水温变化特性

通过数值模拟仿真的方法研究了跨越非饱和/饱和层状土壤条件下竖直地埋管进管温度变化规律,研究结果表明,夏季和冬季工况下,饱和土中监测点温度变化率较大,非饱和土中监测点温度变化率较小。可见分层土壤条件下饱和土的传热性能优于非饱和土传热性能,研究结果为竖直地埋管换热性能的研究提供了新的参考。

垂直地埋换热器非饱和岩土温度场分析

垂直地埋管换热器周围非饱和土壤的特性对埋管换热具有重要影响,目前地埋管换热器设计中多假设岩土为均匀介质,并未深入考虑非饱和岩土对埋管换热的影响。基于岩土的非饱和特性,通过数值模拟,对比分析岩土非饱和特性下温度响应的变化,为地埋管换热器设计提供更为准确模型。