混凝土储热桩的储热试验研究

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1、第32卷第2期人民黄河V01．32．No．22010年2月YELL0WRIVERFeb．，2010【水利水电工程】混凝土储热桩的储热试验研究李守圣，赵大军，赵研，黄晟辉(吉林大学建设工程学院，吉林长春130026)摘要：分析了地下储热技术的现状，对混凝土储热桩的储热效果进行了试验与模拟。结果表明：混凝土储热桩体越大，储热效果越好，可以将建筑物桩基集团化，组成一个巨大的地下储热体；流量在超过1m／h以后，温差和单位时间内地下埋管换热器向混凝土桩的传热量大幅度降低；通过调整混凝土的组成材料，可制成热物性质不同的绝热混凝土或者高温储热混凝土等，提高储热的效果；混凝

2、土桩储热技术可以与地源热泵结合使用，提高热泵效率，降低初期投资。关键词：热能；混凝土储热桩；储热中图分类号：YU528文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1000．1379．2010．02．045随着常规能源的日益减少，人类将目光转向太阳热能和热传热，其传热方程如下：电厂发电余热等，采用各种方法存储并利用这些热能。目前，OT=p(＼蜜O+Oy2+)，+。pcP(1)热能存储方法主要有潜热储热、化学反应储热和显热储热等。pcx潜热储热是利用物质发生相变时需要放出和吸收的潜热由于直接利用上面的三维传热方程求解温度场比较复杂，进行蓄热的方法。潜热储

3、热密度较高，而且储、放热过程近似因此通过建立等价埋管周围的二维传热模型，耦合求解不同深恒温，特别是固、液相变储热，储热系统效率较高，体积较度的传热方程，来最终实现三维数值解。小。J。但潜热蓄热也存在如下缺点：需要两个独立的液体循埋管外壁与混凝土之间的导热微分方程如下：环回路；需要同时具有较大的热扩散率和热容量的相变材料；Ot=去g(、ar2+。÷rOr)，(、rE≤、～)(、～2)为保证相变材料的凝固速度与取热速度协调一致，热交换器需进行特殊设计；相变材料易发生过冷和晶液分离现象等。式中：为混凝土的瞬态温度，℃；A为混凝土回填材料的导化学反应储热是利用可逆的

4、吸热化学反应进行储热和放热系数，W／(In·oC)；为密度，kg／m~；c为比热容，热，主要是利用某些无机氧化物的水合热。这种方法的储热密kJ／(kg·℃)；r。为单根埋管半径，m；rb为混凝土桩的半径，m；t为度高，氧化物可长期储热，但其循环效率低，运行和维修要求时间，S。高，费用大，难以形成大规模的储热系统。1．3混凝土储热桩传热模型的边界条件单根埋管对周围混凝土温度的影响可以达到桩的边缘，如1混凝土储热桩的理论分析图l所示的ABCD区域。混凝土储热桩是指在混凝土桩内部埋设换热管，在外部进行防水、保温和密封处理后，形成一个以混凝土桩为储热载体的储热体系。

5、由于储热桩外部进行了保温处理，可以视为热量不向外部土壤扩散，因此其储热的过程就是桩体内换热管向桩内部传热的过程。1．1混凝土储热桩的物理模型以单u形埋管换热器为例，由于垂直埋管周围实际混凝土温度场十分复杂，它与混凝土的类型、热力参数、供热运行时间图1传热计算区域示意等因素有关，因此为了求解方便，笔者将单U形埋管换热器两图中：D为单根埋管管径，z为对称轴，取等价管中心线为根支管用一根等价管代替，其当量半径为re：r，式中r为U对称轴；CD边为混凝土桩上表面；AB边为等价管的末端；BC边为形管单管半径。建立模型时做以下假设：混凝土与埋管之间距离埋管管壁r(in)

6、的混凝土桩边界；AD边为等价管埋管的管壁。传热方式为纯导热；等价管的管壁与混凝土的换热量各处是均匀的；埋管与混凝土完好接触，忽略接触热阻；混凝土和流体的收稿日期：2009—07—1o基金项目：长春市科技计划项目(2007SF12)；吉林大学“985”东北资源与环境热物性为常数；加热流体的流量为常数。科技创新平台联合资助项目。1．2混凝土储热桩的数学模型作者简介：李守圣(1981一)，男(锡伯族)，辽宁瓦房店人，博士研究生，主要从事太阳能和地热联合供暖、混凝土桩地下热能存取技术等研究工作。将两支管等价成一根管后，混凝土的传热问题就属于三维E-mail：lssg

7、glss@yahoo，ca·99·人民黄河2010年第2期(1)绝热边界。混凝土桩AB、BC、CD边界为保温层绝热边128—2Oo0中热量计算标准，桩体单位时间内储存热量计算界，则：公式为，l，j_Ag=0(3)Q=JIqmAhd~=JJrPqAhd~(9)00式中：Q为释放或吸收的热量，J；g为流经热量表的水的质量=，0(4)流量，kg／h；q为流经热量表的水的体积流量，m／h；p为流经热鲁。=0(5)量表的水的密度，kg／m；Ah为在热交换系统的入口和出口温度下水的焓值差，J／kg；r为时间，h。(2)初始边界条件。在远边界BC和AB处的温度为混凝因为温

8、度随时间升高，而不同温度对应的焓值不同，其焓土桩原始