地埋管換熱器增強(qiáng)傳熱的研究.pdf

1、隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及人們環(huán)保意識的提高，走可持續(xù)發(fā)展的道路已成了全球性的重要發(fā)展戰(zhàn)略。具有環(huán)保、節(jié)能等特點(diǎn)的地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)也愈來愈受到人們的重視。地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)通過利用大地中的大量低品位熱能來實(shí)現(xiàn)對建筑物的供熱制冷。它與傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)的最大區(qū)別就在于其地埋管換熱器，而增強(qiáng)地埋管換熱器的傳熱對于合理設(shè)計(jì)地埋管換熱器大小，保證系統(tǒng)高效運(yùn)行以及節(jié)省初投資和運(yùn)行費(fèi)都具有重大意義。 本文通過理論分析及實(shí)驗(yàn)研究對地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)如何增強(qiáng)地埋

2、管換熱器的傳熱進(jìn)行了詳細(xì)的分析與討論。 首先分析了影響地埋管換熱器傳熱的各種因素，并指出采用傾斜埋管布置形式、優(yōu)化回填材料性能、適當(dāng)增大鉆孔間距以及選擇凝固點(diǎn)較低的循環(huán)液有利于減小鉆孔長度，從而節(jié)省地埋管熱換熱器的初投資。 其次，針對傾斜埋管布置形式的地埋管換熱器，在有限長線熱源和半無限大介質(zhì)的假定下，采用虛擬熱源法和線性疊加原理，首次導(dǎo)出了傾斜有限長線熱源產(chǎn)生的三維穩(wěn)態(tài)及非穩(wěn)態(tài)溫度分布的解析解，并揭示了各參數(shù)對該傳熱過

3、程的影響規(guī)律。詳細(xì)討論了鉆孔壁上的溫度場分布情況，對鉆孔中截面上代表性點(diǎn)的溫度和鉆孔全長積分平均溫度進(jìn)行了計(jì)算和分析對比，進(jìn)而給出了可供實(shí)際工程應(yīng)用的簡化計(jì)算式。分析了多個(gè)傾斜鉆孔周圍的穩(wěn)態(tài)溫度場，對多個(gè)傾斜鉆孔疊加引起的穩(wěn)態(tài)鉆孔壁溫升進(jìn)行了詳細(xì)分析，并將其與相應(yīng)的豎直鉆孔相比較，指出傾斜鉆孔的地埋管換熱器鉆孔相互之間的熱干擾比豎直埋管的要小得多。 最后，通過實(shí)驗(yàn)對基于水泥、石英砂的回填材料進(jìn)行了配比優(yōu)化選擇研究。采用國際上先進(jìn)

4、的瞬態(tài)平面熱源技術(shù)研究了各組份對水泥砂漿回填材料導(dǎo)熱系數(shù)的影響規(guī)律，并對其工作性、膨脹性等性能進(jìn)行了研究，開發(fā)出了適合國情的具有良好特性的水泥砂漿回填材料，飽和狀態(tài)下其導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)2.1W/(m·K)以上，達(dá)到了美國Brookhaven國家實(shí)驗(yàn)室報(bào)道的高性能回填材料的水平。理論計(jì)算表明，與采用傳統(tǒng)的膨潤土回填材料相比，采用這種新型回填材料可顯著節(jié)省地埋管換熱器鉆孔埋管長度；特別是對于在堅(jiān)硬巖石的地層中設(shè)置的地埋管換熱器，采用高性能回填材料