地源热泵垂直埋管系统温度场分析

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1、地源热泵垂直埋管系统温度场分析冯宗伟环境工程学院11级空调洁净技术产品咨询请联系北京鸿鸥仪器（bjhocy.com），产品搜索：地源热泵测温，地埋管测温摘要：简述地源热泵垂直埋管方式的选择原理，通过埋管井中，双U管运行时冷却水进出口水温、管内水流速计算出管内外换热热量，同时将土壤近似为半无限大空间，对管内各点与无限远处的土壤同水平点间进行传热量计算，对比数据的准确性。运用已经确定的导热量，计算出管与管壁导热后管外壁点的温度，与热泵系统运行时，温度探测器测量到的地埋管在不同深度、不同时间段时各点的温度，对两组数据进行整理

2、与分析，来探讨地源热泵地埋管系统运行时温度场的变化规律。关键词：地源热泵垂直埋管U型管土壤温度场引言：热泵技术在现代社会已经是一项实用且普遍的建筑制冷取暖技术，其中的土壤源热泵是利用地下浅层地热资源进行供热和制冷的高效节能的新型能源利用技术。它利用卡诺循环和逆卡诺循环原理实现与大地土壤进行冷热交换的目的。地源热泵系统由于其具有节能效果好、利用可再生资源、环保效益显著、使用寿命长等优点，现在越来越被广泛运用。地源热泵技术充分利用地壳表层土壤中的可再生低温，通过消耗少量的电能，对室内进行供冷或供热。其占地面积小，无任何污染

3、，运行耗电少、成本低。本文是我们通过在武汉地区进行实地考察，观察地源热泵在运行时，地源热泵垂直地埋管系统的温度变化数据，研究热泵地下温度场的变化规律。正文：热泵是能够在夏天提供制冷的同时也提供冬天供暖的一种系统，从能量的角度来看，热泵系统是通过高品位电能驱动压缩机促使制冷剂工质相变循环与强制循环的土壤或者空气进行传热。在夏季的时候将室内的高温传入介质中，同时通过冷却水的循环将建筑物内部达到适宜的温度；冬季时则吸取介质中的热量，通过一定的处理之后输送给建筑物内部进行取暖。热泵的室外换热器可以利用空气、水或者土壤作为吸热的

4、来源或者散热的对象，按照换热器散热、吸热介质的不同，可以分为地源热泵和空气源热泵，其中地源热泵又包括了水源热泵和土壤源热泵。地源热泵的概念在1912年在瑞士的Zoelly在一份专利文献中首次出现，在近十几年的时间里得到了广泛的应用。在欧洲地区，地源热泵因其高效节能、环保无污染的特点被大力推广。美国、加拿大及瑞士等国家在这个方面取得了较快的发展，如今中国的地源热泵的市场也日趋活跃，可以预见，这将是中国日后取暖制冷的主流趋势。我们此次研究的是地源热泵中采取垂直埋管形式的土壤源热泵。土壤源热泵地埋管系统是利用埋管中的流体与土

5、壤间的换热来达到制冷取暖的效果。地埋管系统分为水平埋管和垂直埋管两种方式，水平埋管占地面积大，且对周边建筑环境要求较高，武汉地区建筑密度过大，不适合采用水平埋管的方式。垂直埋管占地面积小，但是施工成本和初期投资较大，适合大型建筑使用。垂直埋管按照埋设深度的不同可分为浅埋、中埋和身埋。浅埋管是指埋管深度不超过30m，成本低，但是占用场地大，而且埋管换热效率较低，故较少使用。深埋管埋管深度超过80m，占地面积小，单位管长换热量大，埋管换热效率高。相应的成本也比较高。一般适用于大型建筑，在武汉地区使用较为普遍。中埋管方式的效

6、率及成本都介于浅埋与深埋之间。垂直埋管形式不同，垂直埋管换热器管型的选择也不同，目前使用最多的是U型管和套管式管。由于U型垂直埋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,已成为目前应用最为广泛的埋管方式。我们此次进行研究的场所是一座使用深埋管系统并且非全天运行的大型建筑。总建筑面积5062m2，空调区域面积3450m2。地下换热器采用垂直钻孔埋管方式，孔径钻孔间距4.7*4.8m，共钻孔64个，孔径150mm，井深约101m，双U管管内径φ=25mm,垂直埋管井

7、设于地下车库下，垂直埋管换热器采用双U型管，埋管材料采用高密度聚乙烯管（HDPE100）N32。垂直地埋管土壤源源热泵温度测量系统，基于现场总线和数字传感器技术的在线监测及分析系统。温度探测器安装在双U管的外壁上，探测到的温度即为管外壁处的温度。对土壤源源热泵换热井进行实时温度监测并保存数据，其数据为优化地源热泵设计、探讨地源热泵的可持续运行具有极大地参考价值。我们收集的是在2009年9月份时热泵机组启动时记录下来的数据。数据记录的是四个井所埋管在不同深度，启用后较典型日时的温度值以及当日使用热泵时，建筑物内部的温度。

8、同时有冷冻水进出双U管时的不同水温。水在管内流动的流量使用流量计测得。其中测量的四个井分别代号为A8井,E3井,F5井,G2井，本次计算比较采用的是E3井的记录数据。各个井中地埋管上温度探测器的深度分别为10m,30m,50m,70m,90m。一、理论计算公式地下换热器的目的在于让管内的流体与地下土壤间进行热交换，所以地面温度场是