地源热泵地埋管夏季排热对传热性能的影响

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1、土壤水分迁移对地埋管换热器夏季性能的影响分析张玲黄奕沄浙江建设职业技术学院城市建设工程系摘要地源热泵夏季运行工况下土壤的传热性能受到含水率变化的影响。本文采用垂直埋管换热器线热源理论为基础，建立了同时考虑温度和含水率变化的土壤热湿传递模型。针对地源热泵夏季运行工况进行的数值模拟结果表明，水分传递对土壤含水率的影响主要集中钻孔内，钻孔外含水率变化幅度较小。采用1stopt综合优化软件得出了不同土壤初始含水率条时的地埋管换热能力修正拟合公式。通过对不同深度土壤的加权计算，对地埋管夏季排热工况进行了计算分析，发现当夏季平均地下水位高于20米深度时，可以不考虑水分传递引起的换热量偏差。

2、关键词地埋管地源热泵土壤含水率热湿传递influenceofatmosphereonopticalsystems大气对光学系统的影响ImpactofwatertranslocationongroundheatexchangerperformanceinsummerZhangLingHuangYiyunAbstract:Basedonthelawofmassandenergyconservationandtheone-dimensionalmodelofheattransfer,aheatandmoisturetransferlinesourcemodelfortheground

3、-sourceheatpumpsystemhasbeendeveloped.Numericalsimulationresultsofsummerworkingconditionindicatethattheaffectofwatertransferinsoilismainlyaroundthetube;capacityofheattransferinsoilisbetterifsoilwatercontentishigher;thegroundheatexchangerheattransfercapacitycalculatedbythemodelislowerthanwhic

4、hcalculatedbycommonheattransfermodel,andthebiggestdiscrepancyisabout18%whenthesoilinitialwatercontentisabout0.1.Keywords:groundheatexchanger,ground-sourceheatpump,soilwatercontent,heatandmoisturetransfer60前言随着我国建筑节能行业的不断发展，地埋管地源热泵系统（也称为土壤源热泵）得到了越来越多的应用。地埋管地源热泵系统通常采用通水的埋地塑料换热管与土壤进行热交换，通常采用U型垂

5、直换热管，每个U型管长度多在60~100米之间。地埋管换热技术是地埋管地源热泵的关键技术，它的好坏直接影响到地源热泵的效率，系统的投资、室外占地面积以及长期运行的可靠性等，因此对地埋换热管的传热研究对地埋管地源热泵的应用推广起着至关重要的作用。目前地埋管换热计算理论模型较多采用线热源理论模型、柱源模型、三维瞬态传热模型等。线热源理论它将埋管换热器和钻孔井视为一个钻孔直径足够小的无限长的线热源，热流呈放射状在土壤内传递，具有最简单而又实用的特点，特别适合工程应用[1]。较晚出现的将线热源推广为具有一个恒定半径的圆柱热源的柱源模型理论[2]和V.C.Me提出的三维瞬态传热模型[3]

6、与线源模型一样，均认为土壤与换热器之间传热只有导热，而忽略了水分迁移对土壤传热的影响。这样计算的好处是简化了模型，但这种简化会引起多大的计算误差，尚未见到文献涉及。土壤中实际传热过程十分复杂，其热量传递不仅有导热，还包括水分的迁移以及相变引起的换热。对于土壤热湿传递的研究多集中于农业领域，基于地源热泵地埋管传热的热湿传递研究较少，且多为仅考虑土壤含水率，但未考虑含水率变化的影响。如文献[4-7]研究发现，土壤中水分水分迁移除了本身带来能量迁移，使土壤的含水率发生变化外，还会进一步引起土壤的比热、热导率、导温系数等产生变化。实验研究结果表明[5]，土壤的热导率随含水率的增大而增大

7、。最近几年国内少数大学对土壤传热传湿也开展了一些研究。哈尔滨工业大学余延顺[8]等建立了非饱和土壤中土壤耦合热泵系统地下埋管换热器夏季运行工况的传热传湿相互耦合的数学模型，并进行了一些实验。天津大学的李新国[9]提出了内热源型埋地换热器理论模型，建立换热器周围土壤热湿传递物理数学模型，但仅模拟了钻孔壁外的传热传湿。天津大学的李丽梅、杨睿等[10-11]，建立了地表土壤内热湿迁移的物理数学模型，研究地表能源的能源特性；建立单U型埋地换热器和埋地换热器管群周围土壤内热湿传递物理和数学模型。虽然有