地埋管相變回填材料的理論分析與實驗研究.pdf

1、地源熱泵系統(tǒng)近年來在我國建筑中得到了廣泛應用，回填材料對地埋管換熱器傳熱性能的影響至關重要。本課題探索采用相變材料(PCM)作為地埋管換熱系統(tǒng)的回填材料，與普通回填材料進行對比理論分析和實驗研究，研究成果將對相變回填材料的實際工程應用有重要的理論參考意義。
　　 本文對并聯(lián)雙U型和套管式地埋管換熱器的傳熱性能進行了理論分析，選用廢動物油和混合酸作為套管式換熱器的相變回填材料，與沙土回填進行了對比研究，計算了相變區(qū)域內(nèi)固相和液相的

2、溫度分布。結果表明：Ste數(shù)越大，相界面的移動速率越快，完全凝固(熔化)的時間越短。流量為180 L/h時，Ste=0.06時的完全凝固時間為7.73 h，PCM和沙土回填時的熱影響半徑分別為0.23 m和0.66 m；Ste=0.15時的完全熔化時間為4.04 h，相應的熱影響半徑分別為0.18 m和0.50 m。
　　 本文建立了地埋管換熱器傳熱性能測試系統(tǒng)，進行了并聯(lián)雙U型埋管換熱器的現(xiàn)場測試，得到了不同加熱功率下的單井供

3、熱量、巖土熱導率和熱影響半徑；建立了天津工業(yè)大學新校區(qū)A區(qū)土壤源熱泵土壤溫度測量系統(tǒng)，可實時監(jiān)測鉆孔內(nèi)不同深度處逐日、逐月、逐年的溫度曲線。
　　 本文建立了套管式換熱器的模擬實驗系統(tǒng)，該系統(tǒng)與實際套管式換熱器在結構上實現(xiàn)了幾何相似、在流動中實現(xiàn)了運行相似。采用不同回填材料與流體流量和入口溫度的組合，進行了外進內(nèi)出流動方式下的對比實驗。結果表明：流量為250 L/h時，在PCM完全凝固(熔化)時間內(nèi)，徑向距離0.1 m處的土壤溫

4、度下降了0.7℃(取熱工況)或上升了3.5℃(放熱工況)，而徑向距離0.3 m的土壤溫度無明顯變化；當回填材料分別為沙土和PCM時，取熱工況下流體的進出口溫差為0.16℃和0.10℃；放熱工況下為0.24℃和0.08℃。
　　 本文基于套管式換熱器模擬系統(tǒng)的理論分析和實驗結果，預測了地埋管換熱器采用相變材料回填的工程應用可行性。結果表明地埋管相變回填材料可縮小鉆孔間距。若能實現(xiàn)鉆孔密封并獲得蓄熱性能良好且價格低廉的相變材料，地埋