地源热泵管井回填材料对土壤温度场影响的分析

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1、地源热泵管井回填材料对土壤温度场影响的分析　　【摘要】回填土的性能对土壤的温度场有一定的影响，在其性能参数中，导热系数的影响为主要方面。本文通过对不同回填材料土壤温度变化云图的研究，得出回填材料的导热系数对土壤的温度场分布的影响。　　【关键词】地源热泵；导热系数；温度场；性能参数　　回填材料是将地层中的热量传递给U管以及管中的循环介质，或者将U型管和介质中的热量传递给底层的重要环节。从20世纪90年代开始，国外就对回填材料对土壤温度场的影响做了大量的实验和实际工程的试验研究。文献[1]研究了超强吸水树脂与源土混合作为回填材料

2、能增大土壤的导热系数，同时提高土壤的热恢复性，改善土壤的非饱和性。文献[2]研究了回填材料内空气间隙对地埋管附近岩土恢复性能的影响，指出空气间隙的存在降低了地埋管的换热性能。刘湘云[3]等通过实验研究了三种回填土对换热器的影响，并做了定量分析。　　研究表明，配比设计合理的回填材料具有良好的导热性，并能够使土壤的温度场较好地恢复。　　回填土一般指用于填充地下换热器与地层之间的填充材料，文献[4]中指出最佳的回填土是将在钻孔过程中所排出的地层或岩石进行回填，以获得与地层相一致的导热性能。但是由于施工过程的因素使得排出的岩石体受到

3、了扰动，已经发生了本质性的改变，不具有与原有地层参数相同的性能，除非地层为均质岩土。而事实上地层往往为各向异性，所以这种做法具有很强的局限性。2模拟计算及数值研究　　为了比较不同的回填材料对管井周围土壤温度场分布的影响，本文采用GAMBIT程序进行模型的建立，采用大型CFD软件FLUENT进行模拟计算。全年不同季节运行工况的转换则通过FLUENT软件的二次开发功能UDF，编制C语言宏函数程序来实现。分别以原土、砂土混合物和水泥砂浆作为回填材料，计算苏州新区某地源热泵系统运行一个夏季后监测面土壤的平均温度变化。采用在钻孔过程中

4、所排出的原土进行回填时，由于施工过程的影响，这些排出的岩土受到了扰动，并使其物性参数发生了改变，导热性能往往有所降低，各回填材料计算物性参数如表1所示。3结论　　回填材料中使用大颗粒的骨料可以降低土壤温度场的温升，理论上砂的加入可以使导热系数呈线性增长，但受到可泵性的限制。　　回填材料的导热系数对土壤的温度场分布有着一定的影响。导热系数越大，传热速率也越大，土壤的失效时间相对越短，越有利于地源热泵运行效率的提高。因此，在选择回填材料时，应尽量选用导热系数大的材料。　　[1]王向岩，马伟斌，黄远峰等.超强吸水树脂与源土混合作为

5、地源热泵供热系统回填材料的实验研究[J].太阳能学报，XX，28：23-26.　　[2]王勇，金逸韬.回填空气间隙对地埋管岩土温度恢复性能的影响[J].土木建筑与环境工程，XX，34：142-148.　　[3]刘湘云，陈颖，赖康平等.地源热泵埋地换热器回填土的实验研究[J].流体机械，XX，35：60-62　　[4]zhangQ，MurphyWofThermalConductivityforthreeBoreholefillmaterialsusedforGSHPA，ASHARETransaction，Symposiapap

6、ers[C]，1997，，Part2，MN-00-2-2：434-441.　　[5]李新国，赵军，周倩.U型垂直埋管换热器管群周围土壤温度数值模拟[J].太阳能学报，XX，25：703-707.　　[6]丁力行，陈季芬，彭梦珑.土壤源热泵垂直单埋管换热性能影响因素研究[J].流体机械，XX，30：47-49.