土壤源热泵地下换热器优化设计与运行研究

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1、邶il’’≯ftl套史过对混合式地源热泵在不同的控制方式下进行全年的模拟计算来预测地下的换热量，因此，混合式地源热泵模拟技术也足现在急需解决的天键I’uJ题。6，地下换热器的问歇运行的研究。地下换热器通过问歇运行可缓解岩二E的蓄热性对地下换热器换热的影响心4’251。文献【26】人为控制机组的运行模式，通过试验总结了连续运行及

2、’uJ歇运行模式下埋管换热器内水温的变化规律，捉{U了热泵『IIJ歇运行的控制方式。在实际工程应用中需考虑到系统的初投资，因此，系统采J甘间歇运行控制时，增加的初投资和降低的运行费用之间的关系是日6if必须解决的关键问题。7，地下换热器的换热性能

3、与热泵耦合技术的研究。地下换热器的换热性能与钻孔深度、埋管方式、钻孔流量等冈素有关，这些因素也会影响到钻孔的；}j水温度和进出口温差，而钻孔的出水温度和进出口温差对热泵的能效比的影响足很大的。因此，地下换热器与热泵应该作为一个系统进行研究。1．4土壤热物性测试及地下换热器设计现状在地下换热器没计时，必须进行土壤热物性测试，通过测试会对土壤的导热能力：土壤的温度、地下地质情况会有个初步的了解。只有了解了土壤的热物性参数和地质，才会有足够的资料去选择合理的钻孔深度，才能准确的设汁地下换热器的长度。在做土壤热物性测试时，需要测试不同深度、不同的埋管方式下一仁壤的综合导热系数和

4、综合热扩散系数，目前采用的方法基本上是在目标区域钻2到5个不同深度的钻井，分别采川不同的埋管方式进行测试。国内外有很多学者在测试方法和数据处理上做了研究。文献【271使用热响应测试对上壤的导热系数的测试方法进行了改进，采ffj的测试方法忽略载热流体与周围空气之间的传热和地表面的边界条件对钻孔周围岩土在竖直办向的温度影响。实际上很难做到测试平台外部的完全绝热；这叮能会影响岩土导热系数的估算精度。文中将试验测得的结果与山有限长线热源模型计算的岩土平均温度进行了比较。但是实际上，管内流体很难做到完全的绝热。文献【28】介绍了现代商业热响应实验技术和应用的现状。讨论了关于测试方

5、法的某些局限性及其解决思路。结合参数研究，对收集的热响应实验结果进7，统计分析，取得准确的岩土热物性参数，在设汁时有助于评fLIi地下换热器的经济，P}。文献【29】详细分析了基于解析法的地下岩土热物性现场测试方法的测试装置与过程、理论基础及其算法，包括基于线热源模型的数据拟合法及基于线热源与柱热源模型的参数估计法。并通过实例计算对3种方法的计算精度进行了分析与比较。叶j壤源热泉地下换热器优化改汁’j运行研究文献【30】针对位于闩本东京的非均质沉淀层区的一个76m深的U型管钻孔，采用光导纤维洲温仪对该钻孔竖直方向的温度分行进行测量，根据测得的温度分和计算岩土怪直方向的导

6、热系数分布。在热响应试验中测得的载热流体的垂直温度分布和fIj口温度值与使用网柱而热源方程的多层地质模型模拟的结果相吻合。计算所得的导热系数分布与当地地质参数一致，验征了该热n向应试验方法的可靠性。文献【3l】通过实验对不同的深度和埋管方式进行实验，每I、只J隔1O分钟记录一次U型管的进出口水温，连续测试60个小时，把U型管管内平均水温与测试时11IJ的对数拟合成011线，使用线热源理论对测试数据进行计算分析，计算出土壤的导热系数，这种计算方法采用线热源理沦忽略了土壤垂直方向的传热和土壤的上层温度分布不均，在计算钻孔热f5H时，需要输入灌浆的导热系数，这个比较难以选择，

7、但足整个计算过程比较简单，易于工程应用。地下换热器发汁是土壤源热泵系统设计中重要部分之一。地下换热器设计中的一1：要工作是根据建筑的负荷特性，选择合适的钻孔深度、钻孔总长度、钻孑L的川距、埋管方式。钻孔的平均换热量在设计中是常用的指标。目前大多是采用国际地源热泵协会推荐的设计方法进行设计，设计方法如下：首先计算建筑的冬季设计负荷和夏季设计负荷，选择热泵主机后，根据热泵在夏季和冬季工况下的平均CDJ『)值，计算地+卜．换热器侧的换热量，然后用线热源模型计算冬季和夏季工况下的地下换热器长度，选择最大的没计长度为系统的地下换热器设计长度。具体的设计计算方法如下卜地1：1，计算

8、建筑的冬季没计负荷和夏季设计负荷。2，进行土壤热物性测试，测试出士壤的导热系数、热扩散系数。3，计算钻孔的热阻、二L壤热15ll，计算式如下：U形管的管壁热阻可按下列公式计算：q=赤(1．1)式巾，足，为传热介质与U形管内壁的对流换热热阻，m·K／W；幽为U形管的内径，m；办为传热介质与U形管内壁的对流换热系数，W／(m2·K)。u形管的管壁热阻可按下列公式计算：彤2去m(F丢丽](1．2)以=√刀Z删(1．3)式中：如为U形管的管壁热阻，m·K／W；邱为U形管导热系数，W／(m·K)；以"，为U形管的外径，m：以为U形管的当量直径，m：