土壤源熱泵系統(tǒng)中水平埋管周圍土壤溫度場(chǎng)的研究.pdf

1、本文根據(jù)土壤源熱泵地下埋管換熱器的研究現(xiàn)狀和發(fā)展情況，以土壤源熱泵地下水平埋管為研究對(duì)象，建立了水平埋管的二維數(shù)學(xué)模型，使用邊界離散、保形變換方法對(duì)模型進(jìn)行求解，得到級(jí)數(shù)形式的解析解，代入邊界條件求解解的系數(shù)，從而得到水平埋管及其周圍土壤溫度的解。
　　在理論分析的基礎(chǔ)上，用VB編制了土壤源熱泵地下?lián)Q熱器水平埋管土壤溫度場(chǎng)計(jì)算軟件，可實(shí)現(xiàn)對(duì)埋管外表面溫度和熱流及周圍土壤溫度場(chǎng)的求解和分析等功能。本軟件為科研和工程人員進(jìn)行水平埋管土

2、壤溫度場(chǎng)計(jì)算分析提供有益參考。
　　運(yùn)用上述理論和軟件，詳細(xì)計(jì)算了冬夏工況下，水平埋管及其鄰域土壤溫度場(chǎng)，并分析了其溫度場(chǎng)分布和熱流變化規(guī)律。冬季水平埋管周圍土壤溫度縱向呈不對(duì)稱單峰狀分布，橫向呈完全對(duì)稱的單峰狀分布。夏季水平埋管周圍土壤溫度縱向呈不對(duì)稱單谷狀分布，橫向呈完全對(duì)稱的單谷狀分布。隨著位置遠(yuǎn)離埋管，土壤溫度變化程度減小。埋管外表面溫度分布和土壤沿與埋管同圓心的圓周上溫度分布都呈正弦曲線。埋管上部各單元的熱流相對(duì)較高，下

3、部各單元的熱流相對(duì)較低。求解了給定工況下水平埋管單位管長(zhǎng)換熱量，并通過文獻(xiàn)中給出的重慶大學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)本文算法加以驗(yàn)證，誤差為6.2％，模型算法具有可靠性。
　　最后對(duì)影響水平埋管周圍土壤溫度場(chǎng)的各主要因素加以分析，詳細(xì)計(jì)算不同埋深，不同管徑和壁厚，不同管材的水平埋管在不同土質(zhì)下的換熱情況和土壤溫度場(chǎng)情況，從而得出各因素影響規(guī)律。土壤導(dǎo)熱系數(shù)和埋管導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)埋管換熱都有影響。土壤導(dǎo)熱系數(shù)是影響埋管換熱的關(guān)鍵因素，隨著土壤導(dǎo)熱系數(shù)的增

4、大，埋管換熱量明顯增大；隨著埋管導(dǎo)熱系數(shù)的增大，埋管單位管長(zhǎng)的換熱量明顯增大，從幾種典型管材比較中，我們建議多采用導(dǎo)熱系數(shù)大的高密度PE管。埋深的選擇對(duì)埋管換熱量和換熱穩(wěn)定性都有影響。地下二層埋管外表面溫度及其周圍土壤溫度變化比地下一層換熱穩(wěn)定性好，換熱量大。管徑增大，埋管換熱量增大，冬季給定工況下，當(dāng)管壁厚都為2mm時(shí)，管徑從20mm增大到40mm，埋管換熱量增加了20.2%。而隨著管壁厚度的增大，埋管換熱量減少。所以適當(dāng)?shù)募哟蠊軓剑?/p>