土壤蓄热与土壤源热泵集成系统的数值模拟
地源热泵的TRNSYS模拟与实验研究
参考内容二
摘要：本次演示采用TRNSYS仿真软件对地埋管地源热泵变流量系统进行模拟 研究，旨在探究其节能效果和使用价值。通过对比不同流量下的系统性能，发现 地埋管地源热泵变流量系统具有显著的节能优势和较高的使用价值。
引言：地埋管地源热泵是一种利用地下土壤温度波动实现冷热交换的节能空 调系统。随着人们对于节能和环保的度不断提高，地埋管地源热泵系统得到了广 泛应用。然而，传统地埋管地源热泵系统流量固定，容易导致能量浪费。因此， 研究地埋管地源热泵变流量系统的节能效果和使用价值具有重要意义。
模拟结果显示，地源热泵系统的供热水效率在夏季较高，冬季较低。因此， 将太阳能和地源热泵系统结合起来，可以平衡两种系统的优势和不足，提高整个 系统的稳定性和效率。
三、太阳能-蓄热与地源热泵的结 合
通过TRNSYS模拟，我们可以看到太阳能-蓄热系统和地源热泵系统各有其优 点和局限性。将两者结合，我们可以构建一个更为高效、环保的热水供应系统。
参考内容
标题：太阳能-蓄热与地源热泵供热水系统的TRNSYS模拟与研究
随着社会的进步和发展，对于可持续能源的需求越来越高，其中包括太阳能 和地源热泵等。本次演示将研究并模拟一种结合太阳能和地源热泵的热水供应系 统，以实现更高效、更环保的能源利用。
一、太阳能-蓄热系统
太阳能-蓄热系统利用太阳能集热器收集太阳能，通过蓄热装置储存热能， 在需要时释放。在TRNSYS模拟中，我们可以建立一个动态模型，根据输入的太阳 辐射量，实时计算出太阳能集热器的产热量和蓄热装置的温度变化。
2、热传导率
热传导率是衡量材料传热性能的重要参数。实验结果表明，有机质的热传导 率最高，其次为膨润土，水泥砂浆的热传导率最低。这表明有机质在导热性能方 面表现最佳，而水泥砂浆的保温性能最好。
【国家自然科学基金】_地下埋管换热器_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140802
科研热词 热渗耦合 数值模拟 多孔介质 地下含湿岩土 u型换热埋管
推荐指数 1 1 1 1 1
2009年 序号 1 2 3 4
科研热词 水平埋管 土壤源热泵 土壤温度场 土壤导热系数
推荐指数 1 1 1 1
2010年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
2014年 序号 1 2 3 4
2014年 科研热词 水平埋管 换热器传热量 土壤源热泵 严寒地区 推荐指数 1 1 1 1
科研热词 数值模拟 地下埋管换热器 神经网络 相似理论 模型试验台 工程热物理 多功能地源热泵系统 多元回归分析 土壤耦合热泵系统 吸排热不均 单位井深换热量 区域适应性 传热 优化模型 一元回归分析
推荐指数 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2011年 序号 1 2 3 4 5 6 7
2011年 科研热词 运行策略 热渗耦合 模拟软件 复合地源热泵系统 地埋管换热器模型 土壤热平衡 土壤源热泵 推荐指数 1 1 1 1 1 1 1
2012年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
科研热词 推荐指数 地源热泵 4 资源量 1 解析解 1 能源地下工程 1 热能工程 1 热响应测试 1 浅层土壤蓄热能 1 数值模拟 1 基岩 1 地能利用 1 地埋管换热器 1 地下连续墙内埋管换热器 1 地下连续墙内埋管 1 地下蓄能 1 地下水渗流 1 地下水 1 土壤热交换器 1 动态控制 1 偏置负荷 1 传热模型 1 传热性能试验 1 传热性能 1
2013年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
地源热泵优缺点及基本原理和参数
地源热泵的12大优势由于地源热泵系统采取了特殊的换热方式，使它具有普通中央空调和锅炉不可比拟的优点：一、高效节能与锅炉（电、燃料）供热系统相比，土--气/水型地源热泵系统的转换效率最高可达4.7 。
而锅炉供热只能将90%以上的电能或70～90%的燃料内能转换为热量供用户使用，因此它要比电锅炉加热节省2/3以上的电能，比燃料锅炉节省1/2以上的能量，运行费用为各种采暖设备的30-70%。
由于土壤的温度全年稳定在10℃—20℃之间，其制冷、制热系数可达3.5—4.7，与传统的空气源热泵（家用窗式和分体式空调、中央式风冷热泵）相比，要高出40%以上，其运行费用仅为普通中央空调的50—60%。
夏季高温差的散热和冬季低温差的取热，使得土--气型地源热泵系统换热效率很高。
因此在产生同样热量或冷量时，只需小功率的压缩机就可实现，从而达到节能的目的，其耗电量仅为普通中央空调与锅炉系统的40%—60%。
二、绿色环保土--气/水型地源热泵系统在冬季供暖时，不需要锅炉，无废气、废渣、废水的排放，可大幅度地降低温室气体的排放，能够保护环境，是一种理想的绿色技术。
三、分户计费实现机组独立计费，分户计表，方便业主对整个系统的管理。
四、使用寿命长家用空调设计寿命8年，燃气锅炉为10年；土--气型地源热泵机组为50年，水循环和风管系统60年以上，地耦管路系统为70年，它比所有各种空调系统和采暖设备的寿命都要长。
五、节省建筑空间控制设备简单土--气/水型地源热泵系统采用将地源热泵机组分散安装于各处所（居室、会所、办公室等）的方式，中央控制仅需选择水路控制，除去了一般中央空调集中控制所有参量的复杂环节，从而降低控制成本。
在各分散安装单元（居室、会所、办公室）可根据用户要求设不同的体积很小的终端控制器，实现从最简单（起停、供暖、制冷三档）到复杂的可编程智能控制方式。
六、系统可靠性强每台机组可独立供冷或供热，个别机组故障不影响整个系统的运行。
土壤源热泵空调系统的运行控制与节能分析
大降 低泵 的能 耗 ， 而减 低 系统 的运行 能耗 。 从 ２ ． 的流 量调节 方法 ２泵 从 调 节特 征上 ， 壤源 热泵 循 环泵 （ 土 包括 地 埋 管换 热循 环泵 和 空调 系统 循环 泵 ）的 流 量 调 节一般 分 为两 种 ：定 流量 调节 和变 流量 调节。 定流 量调 节 中的水 流量 不变 ， 改变 通过 循 环水 的供 回水 温 度来 适应 负 荷 的变化 。变 流 量 调节 中则通 过调 节循 环 水 的流量 来适 应 负 荷 的变化 ， 的供 回水 温度基 本不 变 ｌ 水 ｌ ｌ 。 ２３泵 的流量 调节 控制 策略 － 在 土壤 源热 泵机 房制 冷 系统 中加 一变 流 量 控制 系统 。其 系统 主要 由 Ｐ Ｃ控 制器及 变 Ｌ 频 器 组成 。空 凋 系 统管 路 及控 制 系统 如 图 ２ 所示 。变 流量 系 统采 用温 差控 制 为 主的控 制 方 式， 示意 图如 图 ３ 示 。控 制器 采用 可编 其 所 程 逻辑控 制器 Ｐ Ｃ Ｌ 。通过 Ｐ Ｃ实时采 集冷 冻 Ｌ 水供 回水 温度 、 冻水 出水压 力 、 冷 冷冻 水 出水
上ｌ ，
图 １地 源 热 泵 系 统 图
１ 冷凝 器 ２ 蒸发 器 ３ 压 缩机 ４ 节流 阀 一 一 一 一 ５ 地埋 管循 环泵 ６ 空调 系统循 环 泵 ７ 空调 一 一 一 土壤 源热 泵系 统 由三个 循 环组 成 ：地埋 管换 热循 环系 统 、制 冷剂 循 环 系统 和空 调循 环水 系统 。 土壤 热泵 系统 示意 图如 图 １ 示 。 所
Ｑ
：
Ｃ ｉａ Ｎ ｗ Ｔ ｃ ｎ ｌｇｅ ｎ ｒｄ ｃｓ ｈ ｎ ｅ ｅ ｈ ｏｏ ｉｓａ ｄＰ ｏ ｕ ｔ
高 新 技 术
太阳能跨季节储热建筑供热系统及土壤储热实验分析
天津市科技支撑计划项目（07ZCKFSF00400） 作者简介：王恩宇，（1970- ），男，副教授，主要从事燃烧技术、可再生能源利用及建筑节能技术等。
太阳能跨季节储热建筑供热系统及土壤储热实验分析王恩宇 齐承英 杨华 张慧川 吕延松（河北工业大学能源与环境工程学院，天津，300401）摘 要 根据天津城郊别墅类建筑的冷热负荷特点，设计建立了太阳能跨季节储热建筑供热系统。
该系统采用土壤蓄热实现夏季太阳能的跨季节储存，冬季采用太阳能热水或利用热泵提取土壤蓄热进行建筑供热，实现了太阳能的跨季节储热与热泵系统联合运行。
短期的实验数据表明，在36天时间内，储热区土壤温度平均升高了1.3℃，采用垂直埋管换热土壤蓄热系统实现太阳能的跨季节储存是可行的。
长期储热效果有待进一步研究。
太阳能跨季节储存及热泵联合供热系统的设计应注意各子系统的合理匹配，以提高系统综合能效。
关键词 太阳能 跨季节储热 地源热泵 建筑供热A SOLAR ENERGY SYSTEM WITH SEASONAL STORAGE FOR BULIDING HEATING AND EXPERIMENTAL ANALYSIS OF SOIL HEAT STORAGEWang Enyu Qi Chengying Yang Hua Zhang Huichuan Lü Yansong(School of Energy and Environment Engineering, Hebei University of Technology, Tianjin, 300401)Abstract A Solar heating system with seasonal storage is designed and built for the villa buildings in Tianjin suburb. The solar energy was stored in the soil in summer, and was taken out by the ground-source heat bump for building heating in winter. The solar energy collected in winter was used directly for heating. The test data in a short-term experiment indicated that the soil temperature in the heat storage area increased averagely 1.3 centigrade degree after 36 days. The experimental results confirmed that using a vertical duct storage system for the seasonal solar energy storage is viable.. Long-term effects of the solar energy storage system will be needed further study. To design the solar energy seasonal storage and heat bump combined heating system, the reasonable subsystem design should be paid more attention to enhance energy efficiency. Keywords Solar energy Seasonal heat storage Ground-source heat bump Building Heating1．绪论在能源与环境问题日益突出的今天，地源热泵作为清洁、高效的供热空调系统正受到越来越多的关注，成为建筑空调领域的热点。
地源热泵系统岩土热响应试验
地源热泵系统岩土热响应试验地源热泵系统是一种利用地下土壤或岩石储存的热量来进行空调和供暖的节能系统。
与传统空调系统相比，地源热泵系统具有更高的能效和更低的运行成本，因此在近年来受到了越来越多的关注和应用。
为了更好地了解和优化地源热泵系统的性能，进行岩土热响应试验是非常必要的。
岩土热响应试验是指通过实地采样和试验室测试的方法，对地下土壤或岩石中的热量传输特性进行研究，以评估地源热泵系统在不同地质条件下的性能表现。
通过岩土热响应试验，可以获取到地下岩土的热传导系数、储热特性、热扩散系数等参数，为地源热泵系统的设计和运行提供重要的参考依据。
岩土热响应试验通常分为野外实地采样和室内试验两个阶段。
在野外实地采样阶段，研究人员会选择地理条件较为典型的地区，进行地下岩土的取样和数据采集工作。
通过对不同深度和不同类型的岩土进行取样和测试，可以获取大量的原始数据，为后续的室内试验提供样本和参考。
在室内试验阶段，研究人员会将野外采集到的岩土样本带回实验室，并进行一系列的物理试验和分析。
首先是对岩土样本的物理性质进行分析，包括密度、孔隙结构、水分含量等方面的测试。
其次是对岩土样本的热传导特性进行测试，通过测定不同温度下的导热系数和热扩散系数，来评估岩土样本的储热能力和热传输特性。
最后还会对岩土样本的温度-时间响应曲线进行测定，来评估岩土在长期稳定状态下的温度变化规律。
地源热泵系统岩土热响应试验在国内外已经得到了广泛的应用和推广。
通过对地下岩土热传导特性的深入研究，不仅可以为地源热泵系统的设计和运行提供科学依据，还可以为地下岩土的热资源利用和环境保护提供技术支持。
在未来的研究中，可以进一步加强对岩土热响应试验方法的改进和创新，为地源热泵系统的可持续发展做出更大的贡献。
地埋管换热器的传热模型的进展与分析
地埋管换热器的传热模型的进展与分析刘靓侃;李祥立;端木琳【摘要】土壤源热泵研究的核心问题之一就是对于地埋管换热器的传热模型的研究.模型的建立和选择对土壤源热泵和埋管的设计影响重大.本文回顾了国内外不同的地埋管换热器的传热模型及其改进与发展,重点叙述了解析模型的改进,发现目前研究中欠缺对于管群间传热影响的研究,如不同埋管形式、埋管间距之间的热干扰及热堆积等的研究.同时关于土壤特性对于传热的影响的研究不够深入.本文还指出了对于地埋管传热模型的下一步研究重点.【期刊名称】《建筑热能通风空调》【年(卷),期】2016(035)001【总页数】5页(P35-39)【关键词】土壤源热泵;地埋管换热器;传热模型【作者】刘靓侃;李祥立;端木琳【作者单位】大连理工大学建设工程学部;大连理工大学建设工程学部;大连理工大学建设工程学部【正文语种】中文土壤源热泵系统经过数十年的发展应用，目前已得到广泛的应用，尤其在我国华北和东北南部地区。
与传统空调系统相比，土壤源热泵系统增加了一个地埋管换热系统，因而在设计上有很大的区别。
而地埋管换热器的传热机理和模型的研究对于土壤源热泵的设计计算非常关键，同时也影响着土壤源热泵的推广应用。
地埋管换热器的传热过程为流体介质与土壤之间的换热过程，其物理模型十分复杂，涉及的影响因素也很多，包括钻孔孔径、回填材料、土壤热物性、地下水流动的影响等。
目前学术上研究及应用较多的是针对竖直U型地埋管的传热模型，由于物理模型的复杂性，其数学模型的建立无不进行相应的简化，使计算简便，同时也降低了模型精度。
这些传热模型大致可以分为三类[1]：第一类是利用解析法推导的数学模型，此类模型计算方法简单，且优于纯经验估计的方法，因此目前工程中多利用此类模型，例如Ingersoll模型[2]、IGSHPA模型[3]等；第二类是采用数值解法的传热模型，随着计算机技术的发展以及各种有限元软件的发展，目前成为传热过程中参数分析的重要工具，但是纯数值解法依旧需要耗费大量计算时间，还不适用于工程模拟，经典的数值模型有NWWA模型[4]、Muraya模型[5]等；第三类是在局部利用解析法求解，部分求解采用数值解法，因而在精度和计算速度上都有不错的表现，如Hellstrom的DST模型[6]、Eskilson模型[7]等。
《土壤高温储热条件下热湿迁移规律的实验及模拟研究》范文
《土壤高温储热条件下热湿迁移规律的实验及模拟研究》篇一摘要：本文通过实验和模拟的方法，对土壤在高温储热条件下的热湿迁移规律进行了深入研究。
实验部分详细记录了不同温度梯度下的土壤热湿迁移过程，并利用数值模拟技术对实验结果进行了验证和补充。
本文旨在揭示土壤在高温储热过程中的热湿迁移机制，为地源热泵、土壤源热回收等工程提供理论依据。
一、引言随着全球能源需求的增长和环境保护意识的提高，地热能作为一种清洁可再生能源，受到了广泛关注。
土壤作为地热能的重要载体，其高温储热条件下的热湿迁移规律对于地源热泵、土壤源热回收等工程具有重要意义。
本文通过实验和模拟相结合的方法，研究土壤在高温储热条件下的热湿迁移规律，以期为相关工程提供理论支持。
二、实验方法与材料1. 实验材料：实验所用土壤取自当地典型区域，确保土壤类型与实际工程中的土壤相似。
同时，为了更好地模拟土壤中热湿迁移的实际情况，实验还采用了温度传感器、湿度计等设备。
2. 实验方法：实验采用恒温加热装置对土壤进行加热，并设置不同的温度梯度。
在加热过程中，通过传感器实时监测土壤的温度和湿度变化，记录数据并进行分析。
同时，为了验证实验结果的准确性，还进行了数值模拟研究。
三、实验过程与结果分析1. 实验过程：在实验过程中，首先将土壤样品放置在恒温加热装置中，设置不同的温度梯度（如30℃、40℃、50℃等）。
然后，通过传感器实时监测土壤的温度和湿度变化，记录数据。
同时，为了更直观地观察热湿迁移过程，还采用了红外测温仪和显微镜进行观察。
2. 结果分析：根据实验数据，我们可以发现随着温度的升高，土壤中的水分逐渐向表面迁移。
这表明在高温条件下，土壤中的水分受到热力作用而发生迁移。
此外，我们还发现不同类型土壤的热湿迁移特性存在差异，这可能与土壤的成分、结构等因素有关。
四、数值模拟研究为了进一步验证实验结果的准确性，我们采用了数值模拟技术对土壤高温储热条件下的热湿迁移过程进行了模拟。
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土壤蓄热与土壤源热泵集成系统的数值模拟罗苏瑜(中南大学能源科学与工程学院,湖南长沙410083)摘要:结合土壤源热泵技术推广中存在的问题和地下蓄能技术的优点,提出了土壤蓄热与土壤源热泵集成系统及其地下管群换热器的布置方式。
并在能量平衡的基础上建立了地下管群换热器蓄热、释热和停止运行的数学模型。
通过数值模拟,分析了埋管间距对蓄热与释热的运行特性的影响。
关键词:土壤蓄热;土壤源热泵;集成系统;地下管群换热器;管间距中图分类号:T K523;O242 文献标识码:A 文章编号:1004-7948(2007)06-0012-041引言土壤源热泵技术因其使用可再生的地热能且有益于环境保护,被称为是当今世界上一项最具发展前景的空调技术[1]。
地下蓄能技术可以对大量的工业余热、废热和太阳能进行有效利用,由此能显著降低地区的CO2、NO x、SO x及CFC排放量[2,3]。
本文结合这两种技术的优点提出土壤蓄热与土壤源热泵集成系统,该系统是将土壤源热泵技术与土壤蓄热技术有机地结合起来,充分利用土壤蓄存能量大和土壤耦合热泵系统的优点,将蓄热装置转移到土壤源热泵系统的地下埋管换热器系统中,使地下埋管换热器与蓄热装置合二为一,省去了传统蓄热系统中占地面积大、耗资较多的蓄热装置,解决了蓄热装置的占地面积及配置问题。
土壤蓄能与土壤源热泵集成系统在供热为主供冷为辅严寒地区的冬季供热工况运行时,通过地下埋管换热器将集热器收集起来的太阳能或工业余热、废热部分或全部地贮存到地下土壤中,而后通过开启循环水泵使载热剂在地下盘管中循环流动与埋管周围的土壤进行热交换,将蓄存于土壤中的热量提取出来进行供暖,当地下蓄存的热量不足建筑物所需的冷负荷时,系统可按土壤源热泵系统的供热工况运行,此时换热器起纯取热的作用。
土壤蓄能与土壤源热泵集成系统的不同运行工况对地下埋管换热器的要求不一样,冬季供热工况的以上两种运行模式要求地下埋管换热器的功能也不同,这就使得在不同的运行工况、不同的运行模式需要对地下埋管群有不一样的结构优化。
本章通过数值模拟计算,将分别对土壤蓄热、释热运行模式和冬季纯取热运行模式的换热器进行结构优化。
2物理模型土壤蓄热与土壤源热泵集成系统主要应用于工业余热、废热或太阳能比较富足的,以供暖为主供冷为辅的寒冷地区,在冬季对土壤蓄热、释热而言,地下管群换热器当作换热器和蓄热装置使用,因此该系统使用的地下埋管换热器具有土壤源热泵的换热和土壤蓄热双功能,所以亦称之为双重功效地下管群换热器。
为了减小土壤蓄热、释热过程中的热量损失及埋管换热器的占地面积,双重功效的地下管群换热器应采用垂直铺设的方式,其埋管换热器的结构形式通常有垂直U型管式、垂直套管式及垂直螺旋管式等。
本文研究的埋管换热器采用垂直U型管,同时为了减少土壤蓄热与土壤源热泵集成系统在蓄热与释热过程中的能量损失应尽量减少外层管的数量,所以管群的布置形式为等间距的八边形排列(见图1)。
管群的U型管总数为52根,其中内层管32根,外层管20根。
在冬季供暖时52根联供,夏季可隔根使用以此增大排热体积。
当在冬季纯取热工况下运行时,由于较大的管间距能减轻管间的热干扰问题,更有利于盘管取热,但是如果在冬季纯取热工况运行时仍采用以上的埋管布置形式和埋管间距,既影响到系统的取热性能,又不利于地温恢复以及系统的长期运行。
因此,当冬季纯取热工况下运行时,为保证埋管间距有利于系统的长期运行,只取管束中的部分埋管参与冬季取热工况的运行。
冬季纯取热工况埋管布置形式如图2所示,本文选取了4根内层管、8根外层管进行联管联供。
3土壤蓄热、释热过程的数学模型在土壤蓄热、释热过程中,地下埋管换热器与土壤的传热过程受诸多因素的影响,如盘管的埋深、尺图1 具有蓄热工况时地下管群换热器平面布置图图2 冬季纯取热工况时地下管群换热器平面布置图寸及盘管周围土壤的热物特性、土壤中水分的热湿迁移、埋管周围与土壤接触的紧密程度等。
为了使建立的数学模型能真实地描述盘管在土壤中的传热过程,并且便于问题的理论分析与求解,在建立土壤蓄热、释热过程的数学模型时作如下近似假设[4]:(1)土壤为各向同性、均质的刚性含湿多孔介质体,且含湿量均匀一致。
(2)盘管与土壤间以纯导热的形式进行热量的传递,忽略土壤中水分迁移的影响。
根据M.Piechowski 的研究,认为在换热过程中因土壤热量传递引起的水分迁移而导致的土壤导热系数的变化较小,伴随水分迁移而迁移的热量,相对于总的热量传递可以忽略不计(误差小于5%),故作这样的假设。
(3)忽略U 型管管壁与回填材料、回填材料与土壤之间的接触热阻,认为埋管与回填材料、回填材料与孔壁接触紧密。
(4)土壤、回填材料和U 型管的初始温度一致。
(5)忽略土壤表面与周围环境的辐射换热。
本文针对地下埋管换热器管群实际模型进行模拟分析,采用整场模拟进行整体求解的方法。
该土壤蓄热、释热过程的数学模型主要建立在如下几个能量平衡方程上。
(1)管内流体的能量平衡方程:9t f 9τ=-u 9t f 9τ+αf 92t f 9x 2+92t f 9y 2+92t f9z 2(2)管壁的能量平衡方程:9t p 9τ=αp 92t p 9x 2+92t p 9y 2+92t p9z 2(3)回填材料区域的能量平衡方程:9t b 9τ=αb 92t b 9x 2+92t b 9y 2+92t b9z 2(4)土壤区域的能量平衡方程:9t s 9τ=αs 92t s 9x 2+92t s 9y 2+92t s9z 2(5)初始条件:t f =t p =t b =t s =t 0(τ=0)(6)边界条件:地下管群换热器顶部的边界条件-λ9t s 9n |z =0=h w (t s -t a )地下管群换热器底部的边界条件9t s9n |z =z b=0地下管群换热器的远边界条件 t s |r f=t 0流体入口条件 t f =t i 以上各式中下标,f 表示流体,p 表示盘管,b 表示回填材料,s 表示土壤,α表示大气。
u 为流体的流速,m/s ;λ为导热系数,W/(m ・℃);t 为温度,℃;τ为运行时间,s ;α表示热扩散率,m 2/s ;h w 为地表面对流换热系数,W/(m 2・℃);r 为距管束中心的距离,m 。
4数值模拟与分析在上述模型建立的基础上,对集成系统在土壤蓄热、释热工况时地下管群换热器不同管间距(D =016m 、018m 、110m )情况下进行模拟计算。
冬季系统进行3d 预蓄热,然后进行8h 释热、10h 蓄热、6h 停机的以日为周期的正常蓄热、释热运行30d 。
模拟计算时采用的各项参数见表1。
表1 不同埋管间距时蓄热、释热运行的模拟条件盘管内/外径/mm 20/24管内流体类型水土壤类型砂砾管脚间距/mm 40土壤初始温度/℃15埋管管材HDPE 钻孔内径/mm 100蓄/释热入口水温/℃30/60远边界/m9井深/m40管内流体流速/m ・s -10.5回填材料碎石粘土 图3(a )、(b )、(c )是不同管间距的地下管群换热器32根内层管总的日蓄热、释热量的变化曲线图3 不同埋管间距下的内层管总的日蓄热、释热量图。
由图3可知,管间距的大小对内层管的蓄热、释热产生了较为明显的影响。
系统在进行3d 的预蓄热之后开始进入正常周期性运行状态,对于间距为016m 而言,由于前期预蓄热的作用效果,进入正常周期性运行状态后,日释热量大于日蓄热量,随后日蓄热量逐日增大、日释热量逐日减小,直至日蓄热量大于日释热量且差值不再变化,此时系统达到稳定运行状态。
对于间距为018m 、110m 而言,日蓄热量逐日减小,而日释热量逐日增大,当系统达到稳定运行状态时,日蓄热量与日释热量之间的差值几乎不再变化。
当以上3种管间距的系统进入稳定运行状态后,间距为016m 的日蓄热量与日释热量的差值为169MJ ,达到稳定运行所需的时间为25d 。
当间距为018m ,系统的日蓄热量比间距为016m 的日蓄热量增加了1301178MJ ,而日释热量减少了541158MJ ,系统达到稳定运行所需的时间为20d 。
当间距为110m ,系统的日蓄热量比间距为016m 的日蓄热量增加了3261793MJ ,而日释热量减少了1101963MJ ,系统达到稳定运行所需的时间为30d 以上。
由此可见,随着管间距的增加日蓄热量逐渐增大,而日释热量逐渐减小,日释热率(日释热量/日蓄热量)就逐渐减小。
造成这种情况的原因是因为埋管间距决定了有效蓄热体的总热容量,间距大有利于蓄热的进行,同时也由于间距的增大使得来自系统的热量传递损失和热层热量损失也增加。
因此,选择较小的间距有利于系统的蓄热与释热效率的提高。
图4 不同埋管间距下的外层管总的日蓄热、释热量 图4(a )、(b )、(c )是不同管间距的地下管群换热器20根外层管总的日蓄热、释热量的变化曲线图。
在系统完成3d 预蓄热后的运行阶段,对于不同埋管间距,外层管日蓄热量与日释热量间的差值随埋管间距的增大而增加,日释热率(日释热量/日蓄热量)随埋管距的增大而减小,在系统运行30d 后,分别为52132%、43162%、34170%。
这是由于埋管间距增大时,埋管周围的土壤总热容量增加,同时外边界的传热面积增大也使得热量损失随着增大,因此要求的蓄热量也不断增大,同时释热量却随着埋管间距的增大而减少。
因此,在内层管的管间距一定的情况下可减小外层管的管间距以此来减少外边界的传热面积,从而可以达到提高释热效率的目的。
对集成系统冬季纯取热工况时地下管群换热器在不同管间距(D =016m 、018m 、110m )情况下进行模拟计算。
系统进行8h 取热、16h 停机的以日为周期正常运行30d 。
模拟计算时采用的各项参数见表1。
其模拟计算的结果如图5、6所示。
不同埋管间距下的平均每根内、外层管日取热量情况分别见图5、6所示(两图中标示的管间距016m 、018m 、110m 分别为相应的夏季盘管间距)。
从图中可见,间距越大系统的日取热量越高,并且随着运行时间日取热量逐渐降低。
以系统运行的第1d 至第30d 为例,对于内层管而言,当管间距为016m 时,平均每根内层管的日取热量从121158MJ降低到77126MJ 。
当管间距为018m 时,平均每根内层管的日取热量从121186MJ 降低到86153MJ 。
当管间距为110m 时,平均每根内层管的日取热量从122140MJ 降低到92110MJ ;对于外层管而言,当管间距为016m 时,平均每根外层管的日取热量从121161MJ 降低到86115MJ 。
当管间距为018m 时,平均每根外层管的日取热量从121182MJ 降低到91187MJ 。