地源热泵地埋管换热量的研究

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地源热泵地埋管换热器换热量的测试

ＦＵｎ．ｈＹｕｚｕｎ
（ｃｏｌｏｃａｉａＥｇｅｒｇｈｎｈｉｎｖｒｉｆｎｉｅｒｇＳｉｃ，Ｓａｇａ２１２，ＣｉａＳｈｏｆｈｎｃｌｎｎｅｎ，ＳａｇａＵｉｅｓｙｏｇｎｅｉｃｅｅｈｎｈｉ０６０ｈｎ）ＭｅｉｉｔＥｎｎ
埋管挟热器换热量的测试方法是正确可行的。关键词：源热泵；地埋管换热器；换热量；测试地文献标识码：Ｂ文章编号：１７４５（０００６２— ５０２１）２—０３００３— ３中图分类号：Ｔ５６２Ｋ２．
ｍｅｈｆｈａｘｈｎｅｃｐｃｔｒｔｅｅｃａｇｒｓｃｒｅｔａｄｆａｉｌ．ｔｏｏｅｔｃａｇａａｉｆｘｈｄｅｙｏｈｎｅｓｉｏｒｃｎｅｓｂｅＫｅｒｓｇｏｎＯｌｅｈａｕｙｗｏｄ：ｒｕｄＳＵ￣ｅｔｍｐ；ｇｏｎｉｅｔｅｃａｇｒｈａｘｈｇａａｉ；ｔｓｐｒｕｄｐｐｈａｘｈｎｅ；ｅｔｃａｅｃｐｃｔｅｅｎｙｅｔ
程中地埋管换热器的换热能力测试都是非常重要的。
在地源热泵系统中地埋管换热器的设计是重要的一
个环节。而其关键在于获得准确的当地土壤取、放热特性。地埋管取放热特性目前主要依靠土壤热响
应测试方式获取。由于地下情况多变，往往由多个

关于地埋管换热器传热特性的研究的开题报告

关于地埋管换热器传热特性的研究的开题报告题目：地埋管换热器传热特性的研究研究内容：随着人们节能意识的提高，地源热泵系统作为一种新型绿色环保的采暖方式日渐受到人们的关注。

其中，地埋管换热器作为地源热泵系统的核心部件，在实际应用中起着至关重要的作用。

因此，本文将通过实验方法和数值模拟的手段，对地埋管换热器的传热特性展开研究。

具体研究内容包括以下几个方面：1. 实验研究地埋管换热器的传热特性：通过搭建实验平台，采用温度测量、流量计等方法，探究不同流量、不同管径、不同埋深等因素对地埋管换热器传热性能的影响。

2. 数值模拟地埋管换热器的传热特性：借助ANSYS等软件，建立地埋管换热器的数值模型，并进行热传导、流动分析，探究热流密度、进出口温度等因素对地埋管换热器传热性能的影响。

3. 对比分析实验和数值模拟结果：结合实验和数值模拟结果进行对比分析，并进一步探究地埋管换热器传热性能的规律和优化措施。

研究目的：通过对地埋管换热器传热特性的深入研究，掌握其传热规律和优化措施，为地源热泵系统的设计和应用提供理论支持。

研究意义：地源热泵系统作为一种新型、绿色、环保的采暖方式，具有极大的应用潜力。

而地埋管换热器作为地源热泵系统的核心部件，其传热性能的好坏直接影响系统的效率和节能效果。

因此，研究地埋管换热器传热特性，对于提高地源热泵系统的效率和节能性，具有重要的理论和实践意义。

研究方法：本文将采用实验和数值模拟相结合的方法进行研究。

实验采用水循环系统，通过改变流量、管径、埋深等因素，测量温度、流量等参数，探究地埋管换热器的传热特性。

数值模拟则借助ANSYS等软件，建立地埋管换热器的数值模型，通过热传导、流动分析等方法，探究地埋管换热器传热特性的规律和优化措施。

预期结果：通过实验和数值模拟的研究，本文将得出地埋管换热器传热特性的规律和优化措施，为地源热泵系统的设计和应用提供理论支持。

同时，本研究也将为相关学科领域的深入发展提供有益的参考。

土壤源热泵地埋管换热实验研究

至Ｕ型地埋管中，沿程与周围土壤进行热量传递后又回到冷热源装置中，实现地埋管与土壤之间的传热，根据地埋管进出口水温差以及水流量可
分析地埋管的换热能力。
资料。根据有关理论求取单位长度换热量的准确
行性能和经济性。关键词：土壤源热泵；地埋管；单位井深换热量
中图分类号：Ｔ０１Ｑ５．５文献标识码：Ａ文章编号：１７ —０７２０）３０５ —５６２７３（０８０ —１７０
对于土壤源热泵系统设计而言，地埋管换热
量一般很难获得详细的地质结构和土壤热物性Ｊ
管换热器建立土壤源热泵系统实验台架，用于土
壤源热泵运行时整个系统性能和独立地埋管换热性能试验。整套实验装置和测试系统详细情况参
阅文献［，】８９。冷热源中的较高温度（季）或较夏低温度（冬季）的循环水，在循环水泵驱动下流
行方式对单位井深换热量的影响。实验表明，提高进水温度、流量、钻井深度以及选择合适的埋管类型可增强地埋管换热能力，间歇运行方式能够最大程度利用土壤蓄能特性，使地埋管始终能够高效换热，相比连续运行提高了３．％，但进水温度、流量和钻井深度不能无限增大，其大小的选择需要考虑土壤源热泵主机运３９

土壤源地源热泵系统的地埋管单孔换热量(上海地区)的测试和分析

ｓｓｅ．ｙｔｍ
【关键词】数据收集；平均导热系数；土壤单孔换热量
【ｅｏｓｄｔｏｅｔｎａｅｇｔｒａｏｄｃｖｏｔｓｉｈｐｐｒｅｔｃａｇｃｐｃＫｙｒ］ａｌｃｏ；ｖｒｅｅｌｎｕｔｉｆｅｏ；ａｌｏｅａｅｈｎｅａａｉｗｄａｃｌｉａｈｍｃｉｔｈｌｏｈｘｙｙｔ
壤的平均导热系数。地层土壤的导热系数，包含了土壤（岩石）回填料以及塑料管壁等导热的综合情况。中，、其若选取的岩土热物性参数不准确，的系统负荷要么达不到要求，设计要么规模过大，大投资。地下地质构成复杂，同一种岩石加即使
２测试及数据收集
ＨａｌｐｒＨｅｔｘｈｎｅｐｃｔｆｏｎＨｅｔｘｈｎｅｆｒｈＧｒｕｄｓｕｃＨｅｔｐｏｏｅａＥｃａｇＣａａｉｙｏＧｒｕｄａＥｃａｇｒｏｔｅｏｎ —ｏｒｅａＰｍｐＳｓｅＴｓａｄａｙｉｉｈｇａｕｙｔｍｅｔｎＡｎｌｓｓｎＳａｈｉｎ
件下的导热系数可相差近十倍，导致计算得到的埋管长度也
相差数倍。
地源热泵设计的核心是获取准确的土壤的取、放热导热特性参数。２世纪９年代后，界各国逐步采用了在地埋管ＯＯ世
现场钻井作热响应试验，由热响应试验曲线，用上述数学模型
３测试前让换热管中水循环流动６ｍｎ）０ｉ以上。
上海北外滩地区，０年３２２９０月９日～３０日。
室外空气设计参数：大气压力：冬季Ｐ１２．ａ夏季Ｐ０５Ｐ－＝０５１；Ｐ＝１０．ａ３

地源热泵地埋管换热器传热强化研究分析

地源热泵地埋管换热器传热强化研究综述摘要：根据地源热泵的技术特点以及地埋管换热器的传热特点，表明地埋管换热器与周围土壤间的传热强化是地源热泵系统研究的主要问题之一。

本文将详细介绍了加强地埋管换热器传热的国内外研究成果及研究进展，并在此背景下表明加强地埋管换热器传热有待解决的关键性问题。

关键词：地源热泵、地埋管换热器、传热强化1 前言建筑节能已然成为国家能源战略的一个关键组成部分。

浅层地热能作为建筑空调的冷热源提供者之一，为实现建筑节能提供的新的途径。

地源热泵作为利用浅层地热能的技术手段，具有高效节能、运营成本低、环境效益优异、技术手段多样化等优点，得到广泛应用，其前景非常广阔。

地埋管换热器作为地源热泵系统的核心部件，是与土壤间进行换热的唯一设备。

衡量地源热泵系统的运行效率关键在于地埋管换热器的换热性能。

所以，加强地埋管换热器的传热是提高地源热泵系统运行效率的关键方法。

2 影响地埋管换热的因素地埋管换热器的传热是一个十分复杂的非稳态过程[1]。

地埋管敷设方式、土壤特性、地下水文参数、钻孔相关参数、钻孔回填材料以及地面气象参数都影响着换热器的传热过程。

埋管方式主要有水平埋管和垂直埋管两类，由于水平埋管所占场地面积很大，并且其传热过程受地表温度及大气温度影响较大，所以，实际中往往应用垂直埋管方式。

土壤特性即岩土综合热物性参数及岩土初始平均温度，是地源热泵系统设计和研究过程中的初始参数，直接决定了地埋管换热器的深度、所占场地面积及运行参数。

岩土综合热物性参数主要包括土壤综合导热系数、综合比热容等。

对于某一特定区域而言，岩土的热物性参数和初始平均温度是一定的。

地下水文参数一般指有无地下水渗流。

由于地埋管与土壤的换热过程涉及饱和与非饱和土壤的传热，地下水渗流会及时带走地下土壤中累积的冷热量，影响了地埋管换热器的换热能力，从而影响到整个换热器的长期性能[2]。

钻孔相关参数主要包含钻孔孔径、钻孔间距、钻孔布置形式等，其直接影响地埋管换热器的换热性能。

地源热泵地埋管换热影响因素的实验研究

１地层模拟装置：）采用０８ｍ×０８ｍＸ１２ｍ木质箱体，．．．装满质量比为２１的土和砂混合物模拟实际的地层，：同时为了减少
蠢
蕤６４
６２
热损失，在箱体的顶部和底部用发泡橡胶保温棉保温。
２换热器模拟装置：）模拟换热器的埋管采用导热性能好的铜
醛６ｏ
丧５８
蚌
５６５４
管，内径为０５ｃ外径０７ｃ．ｍ，．ｍ。埋管周围填充实验所需的回填
材料。３换热流体动力装置：）进水温度由５１０Ａ型超级恒温器提供，操作方便，控温精确；内换热介质流量由转子流量计控制；环管循
４数据采集装置：）采用Ａｉｎ３９０ｇｅｔ４７Ａ数据采集仪，ｌ采集间隔为１，以达到实验采集所要求的速度和精度。铜一康铜（０Ｓ可Ｔ型）热电耦作为测温元件，布置在ｕ形换热管和换热器周围土壤中。Ｕ形换热管上布置的测点，主要测定埋管内水温的变化。
注：一手动调节阀；－流量计；一电加热水箱；— 循环水泵；一ｌ２３４５
温度传感器。连接设备的水管为ＰＣ塑料管，Ｖ要进行管道保温
５．ｍ增至７．ｍ。相应的变化趋势如图３所示。９８Ｗ／０２Ｗ／
图１试验台系统连接示意图
强化换热效果就越好。
２实验结果与分析２１回填材料导热性能对Ｕ形埋管换热性能的影响．

地源热泵地下埋管换热性能及其影响因素研究

根据研究需要，现场钻取 16 个深度为 50 m 的地孔，地孔布置结合花卉温室形状分两排钻探，每排 8 个，各孔间隔 2.0 m，地孔直径 50 cm，钻探完毕后埋入换热 U 形管，U 形管提前预制加工，管材基本上选用 PAP2025-L 焊接铝塑管，承压 1.0 MPa，在 U 形管最下端 U 形部位采用 PPR 管热熔连接，规格为 Φ25×2.8，承压 1.6 MPa。现场选用 6 台简易地质勘探钻机进行施工，钻机为柴油机引动，其他操作基本为人工实现，虽然工程进度较慢，但对小规模的工程，设备以其方
·24·
建筑热能通风空调
2009 年
式中：Q 为热泵的供热量，kWh；P 为热泵消耗的功量， kWh。
2.2.2 数据处理与分析
（1）工况一：连续 72 小时变流量运行对工况一的单孔换热能力数据进行处理，结果如图 4 所示。
（变）
（定）
q（W/m）
图 4 单孔换热能力
本实验中变流量设置是通过调节阀门实现的，在变工况开始将流量变小，随着流量变小，流速变小，水与岩土热交换的时间加长，换热效果较好，由图 4 可知单孔换热能力在开始是逐渐变大的，最大到达 80 W/m，随着流量逐渐稳定，换热能力趋向一定值（30 W/m 左右）；与之相比，定流量换热能力趋向稳定，实际测算值为 27W/m，曲线之所以在后部出现上升趋势，是由于实验过程中膨胀水箱补水过程中有杂质进入，同时循环管路系统有一定的结垢，最终导致水流量变小，出现了类似调小流量泵系统的经济性取决于多种因素，不同地区，不同地质条件，不同运行状态，不同能源结构及价格等都将直接影响其经济性。根据国外的经验，地源热泵比传统空调系统运行效率要高约 40%~60%，由于地源热泵运行费用低，增加的初投资可在 3~7 年内收回，地源热泵系统在整个服务周期内的平均费用将低于传统的空调系统[1]。

地埋管换热器传热分析的参数影响研究

（热容ｃ＝４ＭＪ／ｍＫ１所示：
２、基于规范的热阻计算
如前所述，现行规范中的热阻可分为两类，其中钻孔内热阻可分为三类，
如式（１）所示：Ｒ＝Ｒｒ＋Ｒ。＋Ｒ６（１）
其中，Ｒｆ为传热介质与Ｕ形管内壁的对流换热热阻，Ｒｐｅ为Ｕ形管管壁热阻，Ｒｂ为钻孔回填料的热阻。钻孔外热阻可分为两类，如式（２）所示：
减小，随着热容的增大而减小，随着导热系数的增大而增大；地埋管换热器在持续工作三个月以后，钻孔外热阻在３ｍ・Ｋ／Ｗ以上，远大于钻孑Ｌ内热阻。
３．２导热系数
其中，Ａ为场地岩土介质的平均导热系数，ｐ为岩土介质的密度，ｃ为比热
影响规律。
３１地埋管换热器布置间距ｄ的影响
规范中指出地埋管问距为３～６ｍ，本节分别研究ｒ不同热容及导热系数下的地埋管换热器布置间距ｄ对中部地埋管钻孔外热阻（按匕述工况连续工作９０天后）的影响关系，结果分别如２（导热系数Ａ＝Ｉ．４８Ｗ／（ｍ・Ｋ））和同３
岩土场地热物性参数为地埋管的钻孔外热阻的主要影响因素，其中包
了广泛的应用。地埋管换热器为地源热泵系统的关键装置，其换热能力的优劣直接关系到系统的运行效果。我国现行的《地源热泵系统工程技术规范》（ＧＢ５０３６６ — ２００５）采用了以热阻为基础的设计方法。以钻孔壁为界，涉及到的热阻可分为两部分：钻孔内热阻反应了钻孔内

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地源热泵地埋管换热量的研究
地源热泵是一种利用深层地表的热能来满足建筑物内部使用的
新能源技术，主要是把内部室外发热能力相差较大的热源和热池进行间接传热和换热，即地热泵系统热源与用户使用热池中的热能媒介进行换热，其间可以通过地源热泵进行能量补偿，以满足用户室外温度要求的能量改造系统。

因此，地源热泵地埋管换热量的研究在热泵技术发展中具有重大意义。

地埋管的换热量的研究主要集中于以下几个方面：地埋管的排量、排量的方向以及采暖和采冷的比例等。

地埋管换热量的排量，主要是决定热泵系统能否有效地利用地温的差异；而排量的方向，则决定了地源热泵系统的效率。

采暖和采冷的比例，也是地源热泵系统采用的协调方法，必须要综合考虑地温和系统热工性质，以有效地满足热泵系统的需求。

为了更深入地研究地源热泵地埋管换热量，主要采用实验室和现场测量以及数值模拟等方法，以确定合理的系统匹配和控制参数，从而有效地利用地热资源。

首先，实验室实验可以直接测量地埋管的换热量；其次，可以采用现场测量的方法，来检测地温和排热率，并建立热泵系统的模型；最后，可以采用数值模拟的方法，实现热泵系统的性能模拟，以确定最优的配置和控制参数。

另外，在实现热泵系统的换热过程中，还有许多其他的因素需要考虑，比如控制室外环境温度、控制室内环境温度和湿度等。

研究也表明，这些环境参数对系统的效率都有着重要的影响。

除此之外，还
有许多细节的设计也要考虑，比如管材材料的选择、热交换器的选择等等。

总之，地源热泵地埋管换热量的研究是热泵技术发展中非常重要的。

要想实现热泵系统的有效利用，除了必须考虑到系统内与环境之间的传热过程外，还要从系统设计和安装运行等方面进行综合分析和仿真，以此来达到高效的热泵系统换热量。