豎直地埋管換熱器分層換熱模型分層方法研究.pdf

1、2015年底，我國可再生能源裝機容量已達到全球總量的24％，成為世界可再生能源利用第一大國，但地源熱泵發(fā)展受到明顯制約，面臨巨大壓力，提高能源質量與效益也成為“十三五”時期的工作重點。地埋管換熱器是地源熱泵中重要組成部分，在我國，豎直U型地埋管換熱器憑借其占地面積小、可用范圍廣而得到廣泛推廣，主要包括了單U與雙U類型。本文在以往土壤均勻換熱模型基礎上，針對單U型地埋管換熱器建立分層換熱模型，開展分層方法研究，為實際工程設計提供參考。

2、r>　　本文首先建立單U地埋管換熱器詳細分層換熱模型，在現(xiàn)有研究基礎上，考慮地埋管換熱器周圍土壤存在地質分層與地下水滲流情況，提出以溫度測點與巖土分層位置進行詳細分層的方法。通過對鉆孔內、外換熱模型分析，提出計算單U地埋管換熱器周圍巖土熱物性參數(shù)計算方法?；趯嶋H工程，對建立的詳細分層模型進行驗證，并比較其與常規(guī)均勻模型與根據(jù)地質分層的簡化分層模型的差異，提出根據(jù)土壤導熱熱阻變化率進行綜合分層的新方法，稱為熱阻分層法。利用實際工程對熱阻

3、分層法進行驗證，并通過一復雜地質進行二次檢驗，證明該方法的準確性與合理性。最后簡單介紹根據(jù)熱阻分層法結果進行設計的過程，并通過VBA開發(fā)程序建立計算利用熱阻分層法得到的土壤熱物性參數(shù)與單位長度換熱量的計算軟件。
　　實測數(shù)據(jù)及模擬結果表明，根據(jù)詳細分層結果，各個地質導熱熱阻均不相同。不同地質導熱熱阻變化率在17.56~27.59%之間，相同地質在0.19%~6.51%之間，變化差異均不同，且部分較大。因此綜合孔隙率、地下水滲流等原

4、因，考慮綜合變化率上限進行分層，可避免按照地質進行簡化分層造成較大誤差、按照溫度測點與地質進行詳細分層導致龐大的工作量。
　　對比實測數(shù)據(jù)，模擬結果表明冬夏季供回水溫差均存在一定的差別。未分層模型分別為30.36%、30.72%，簡化分層模型相對誤差分別為22.74%、23.84%，詳細分層模型相對誤差分別為7.41%、7.32%。根據(jù)三種分層情況結果，說明將整個地埋管換熱器視為均勻統(tǒng)一模型存在較大誤差，簡單地質分布情況下按照地質

5、進行簡單分層后結果同樣存在較大誤差。按照詳細分層雖然誤差較小，但工作量較大，因此提出熱阻分層法。
　　同樣對比實測數(shù)據(jù)，模擬結果證明，分別按照相鄰土壤導熱熱阻變化率上限3%、5%、8%進行分層，分別分為7、6、4層，其冬夏季供回水溫差平均相對誤差分別為9.31%、20.33%、23.29%，因此選取3%為變化率上限，增加少量的工作量可達到較高的準確度。通過一復雜地質分布情況對該變化率上限進行驗證，結果表明進出水溫差的模擬與實測值平