u型管埋地换热器周围土壤传热性能实验研究

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1、U型管埋地换热器周围土壤传热性能实验研究2007年第35卷第8期流体机械51文章编号:1005---0329(2007)O8—005l__06u型管埋地换热器周围土壤传热性能实验研究朱汉宝,周亚素,撒世忠(1.东华大学,上海200051;2.上海建设监理有限公司,上海200072)摘要:利用热响应原理,通过实验分析了两个工程案例的埋地换热器周围土壤的导热系数,并具体分析了热响应实验的测试周期与土壤的温度恢复周期;介绍了初始运行时间,钻井回填土类型,U型管内循环水的流速对土壤的导热系数的影响;进一步阐述串联形式与并联形式,双U型管与单U型管埋地换热器的传热性能.关键词

2、:埋地换热器;热响应;传热性能;导热系数中图分类号:TQ051.5.文献标识码:AExperimentResearchontheThermalPropertiesoftheGroundLoopHeatExchangerwithU-bendPipesZHUHart.bao,ZHOUYa.SU,SAShi.zhong(1.DonghuaUniversity,Shanghai200051,China;2.ShanghaiProjectManagementCo.,Ltd.,Shanghai200072,China)Abstract:Withthermalresponseth

3、eory,thegroundthermalconductivityoftwoGTESsprojects,theperiodofthethermalre?sponsetestandthetemperatureresumeperiodofthegroundwereanalyzed.Itwasintroducedthatthetimeofinitializationrun?ning,speciesofgrout,velocityofflowofwaterflowinginU?bendloopshowtoaffectgroundthermalconductivity.The

4、heattrans?ferperformanceinseriesformandparallelconnectionform,twoU?bendloopsandsingleU?bendloopGTEwasexpatiated.Keywords:groundthermalexchange;thermalresponsetheory;theheattransferperformance;thermalconductivity1前言土壤源热泵空调系统是利用土壤作为冷热源,通过中间循环介质在埋于地下的封闭环路中循环流动,与土壤进行热交换,进而由热泵实现对建筑物的制冷或供热.与

5、传统空调相比,土壤源热泵空调系统利用可再生能源,具有节能和环保的特点.它在欧美已经有数十年的历史,近年来在中国受到广泛关注,并已开始得到应用.由于垂直U型管式土壤源热泵具有占地面积小,可用范围广,灵活性较高,恒温效果好,换热效率高,维护费用低等众多优势,已经为目前应用最为广泛的埋管方式.但目前对土壤源热泵空调系统的核心部件——埋地换热器的研究还不够完善,这在收稿日期:2006—09一l9修稿日期:2Oo6一lO一29很大程度上制约了它的应用与发展.如:各地土壤的导热系数,扩散率,传热率与初始温度等传热性能参数不清楚,设计出的埋地换热器可能富余量过大,造价过高;也可能

6、系统达不到实际负荷的要求,空调效果较差.本文利用热响应的原理,以实验的方式,研究u型管埋地换热器周围土壤传热性能.2实验理论分析工程上常见的埋地换热器的钻孔直径为100—200mm,钻孔深度40—200m,与所埋管的深度相比,钻孔直径是很小.同时,土壤可以看作是一半无限大介质.因此,与土壤进行热交换的钻孔,52FLUIDMACHINERYVo1.35,No.8,2007就可以被近似地看着是置于半无限大介质中的线热源而进行传热分析.这种管内流体与周围土壤的换热是非稳态的,对于埋地换热器运行工况的分析,就可以采用非稳态的线热源模型.Mogens—en把这个模型应用在估计

7、土壤传热特性上J,线热源数学模型如下:C——欧拉常数,取C=0.5772当散热率不变时,方程(2)只有一个变量lnz.因此,上式可以简化为以ln￡为自变量,△(r,t)因变量的线性方程:Y=,砒+b(3),n=Q/(47rAH)=㈩式中是个常式中AT(r,t)——循环液与土壤初始温度——自变量,:l￡的温升,K一线热源半径,Ill￡—?一传热时间,SQ——单位长度钻孔散热率,W/mA——土壤导热系数,W/(Ill?K)对于指数积分,当rZ/(4at)很小时,即经过较长时间后,可以用积分指数函数的级数展开式的前两项表示.当单位钻井的散热率不变,时间达到相当长时,温