垂直埋管地源熱泵換熱性能及地溫場模擬研究.pdf

1、隨著社會(huì)的進(jìn)步和科技的迅速發(fā)展，能源問題已經(jīng)發(fā)展為全球性問題，化石燃料的燃燒也導(dǎo)致了一系列空氣污染和環(huán)境惡化，尋求清潔可持續(xù)能源是解決能源和環(huán)境問題的關(guān)鍵一步。地源熱泵技術(shù)利用土壤低位熱能取代高位熱能達(dá)到為建筑室內(nèi)供冷、供熱的目的，以其節(jié)能、環(huán)保、可持續(xù)等特點(diǎn)逐漸走入人們視野，獲得越來越多行業(yè)相關(guān)人員的青睞。
　　本文以南京某工程為原型，建立了埋管與土壤耦合換熱三維物理和數(shù)學(xué)模型，對項(xiàng)目進(jìn)行了熱響應(yīng)試驗(yàn)，獲取了埋管周圍土壤物性參數(shù)

2、。以項(xiàng)目實(shí)際運(yùn)行工況為初始條件，對埋管換熱過程進(jìn)行模擬，將數(shù)值計(jì)算結(jié)果與采集數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，結(jié)果發(fā)現(xiàn):運(yùn)行1天時(shí)，埋管出口水溫實(shí)測值與模擬值相對誤差為:冬季4.9％，夏季6.4％;運(yùn)行24天時(shí)，實(shí)測值與模擬值相對誤差為:冬季2.3％，夏季為1.6％，從而驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性，并且模擬時(shí)間越長，其誤差越小。
　　利用該模型對埋管換熱性能和地溫場分布的影響因素進(jìn)行分析，在地埋孔選址和系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，考慮了土壤物性以及埋管形式對換熱性能以及溫

3、度場的影響，在系統(tǒng)運(yùn)行方面，對進(jìn)口流速和運(yùn)行時(shí)間對換熱性能以及溫度場的影響進(jìn)行了研究。結(jié)果表明:土壤溫度對埋管換熱性能以及地溫場分布都有較大影響，土壤溫度為15～18℃時(shí)，能較好滿足冬夏季運(yùn)行要求;土壤導(dǎo)熱系數(shù)對換熱性能影響十分顯著，土壤比熱則決定埋管熱作用半徑大小，土壤導(dǎo)熱系數(shù)和比熱是埋管理想敷設(shè)環(huán)境的兩個(gè)重要指標(biāo);埋管換熱量隨管材導(dǎo)熱系數(shù)增加而增加，增加速度逐漸變緩;進(jìn)口流速的增大對換熱量有促進(jìn)作用，但流速增大會(huì)導(dǎo)致埋管換熱不充分且

4、管內(nèi)流動(dòng)阻力增加，因此流速增加到一定值后，埋管換熱量僅有微小增加，一般0.6～0.8m/s流速可保證進(jìn)出口較大溫差也不影響整體換熱量;持續(xù)運(yùn)行時(shí)間會(huì)導(dǎo)致埋管換熱量大幅下降，系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)行24天，延米換熱量降低40％～50％，埋管熱作用半徑隨運(yùn)行時(shí)間增加而增大，運(yùn)行30天，熱作用半徑為2.0m左右，工程一般建議采用4.0m～4.5m管間距。
　　本文通過研究不同因素對埋管換熱性能及地溫場分布情況的影響，對實(shí)際工程中，地源熱泵地埋管的選