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1、第25卷第1期华中科技大学学报(城市科学版)Vol.25No.12008年3月J.ofHUST.(UrbanScienceEdition)Mar.2008地源热泵地埋管换热系统热堆积分析1121胡平放,朱娜,袁东立,江章宁(1.华中科技大学环境科学与工程学院,湖北武汉430074;2.中国建筑科学研究院,北京100013)摘要:针对一高层住宅负荷进行计算分析,应用Fluent软件模拟该住宅小区地源热泵系统整个地下的埋管温度场情况,分析排热量与取热量比值不同的情况下,地下温度逐年变化趋势,模拟若干年后地下土壤的温度变化
2、,与初始值比较,发现温度有不同程度的上升,将这些堆积的热耗散掉所需要的时间较长,提出地源热泵系统地下热堆积问题的解决方案。关键词:地源热泵;垂直U型埋管换热器;热堆积中图分类号:TU833+.3文献标识码:A文章编号:1672-7037(2008)01-0024-04地埋管地源热泵系统近年来在国内得到广泛(走廊区)。以2#楼为例,用软件建模生成的三维[1～3]应用,其热堆积问题也开始引起人们关注,但模型如图1。[4～6]具体研究分析很少。本文通过一具体工程实例的模拟,分析热堆积问题对地埋管换热系统的影响,探讨解决方案
3、。1工程概况江苏某市一期高层住宅小区建筑面积约5.8图12#楼模型22万m,空调区面积约53770m,其中1#楼、2#2.2参数输入楼和4#楼为11层,3#楼和5#楼为9层,均带将设计参数根据界面要求输入,如果没有要地下车库。每栋楼的朝向略有不同,大致为东西求参数,可以在程序库里面选取最接近的一种,不向。该住宅小区定位为中高档,夏季室内设计温度会影响输出结果。外墙和屋面采用200mm混凝为26℃,相对湿度小于60%;冬季室内设计温度土外粘贴100mm聚苯板,内墙采用200mm混为22℃,相对湿度大于40%。采用单U型
4、埋管的凝土。由于程序的玻璃库里没有与要求的玻璃完地源热泵系统,末端装置用天棚辐射加独立的新全一样的,选取最接近的一种,对负荷计算影响不风系统。大。人员确定按两居室3人,三居室4人,四居室5人。根据《居住建筑设计节能标准》,灯光负荷设2负荷分析2定为5W/m,家用电器包括冰箱、洗衣机、电视、电脑、微波炉,考虑到同时使用系数,综合取为设计需要计算出整个园区全年围护结构和新800W/户。根据《夏热冬冷地区居住建筑节能设风的负荷,选定eQuest软件计算负荷。计标准》、《公共建筑设计节能标准》、《居住建筑设2.1建模计节能标
5、准》、《采暖通风与空气调节设计规范》,直接导入经过处理的CAD平面图,为了简规定居住建筑主要空间的设计新风量指标,考虑化模型,居住区中不同用途的各个区合并为一个到新风除了满足人们的卫生要求,还要承担室内区,最后将每层分为空调区(居住区)和非空调区收稿日期:2007-07-09作者简介:胡平放(1963-),男,江西新余人,副教授,研究方向为可再生能源利用及空调节能、地源热泵理论与技术,pingfanghu21@163.com。基金项目:武汉市科技计划项目(20066002051);武汉市建设科研项目(200624)。
6、第1期胡平放等:地源热泵地埋管换热系统热堆积分析·25·3湿负荷,确定为每人39m/h。考虑机组的功率及COP,在无辅助冷却设备时,2.3计算结果排热量与取热量的比值超过6∶1。全年热负荷峰值出现在1月10号,冷负荷峰利用GAMBIT建模,将单U型管等效为单值出现在7月30号,模拟出该园区的逐时负荷,管,网格划分节点步长0.1,地下埋管等效图与程通过叠加6栋楼的负荷得到园区全年逐时负荷序划分的网格如图3。采用二维非稳态热传导模(图2)。总冷负荷为2348kW,热负荷为996kW。型。K-E模型作为紊流模型,隐式求解。
7、埋管边界条件是假设每年有一恒定的热流经过管壁。图2全年逐时负荷图3单U型管群地下埋管网格由图2可见,冷量总值远远大于热量总值,因此夏由于划分网格的限制,先取一半,约300多口季往地下的排热量远远大于冬季从地下的取热井分析运行时管群周围土壤的温度场分布情况。量,该地源热泵系统运行若干年后会使地下产生井的外围向外取20m作为边界,假设边界绝热。热堆积,多余的热量若耗散不出去便会使地下温由于地下水渗流速度难以估计且大多数情况下较[7,8]度上升。小,其引起的热湿迁移量可以忽略,本文暂不考虑地下热湿迁移,把它作为温度场的安全
8、因素3不同排热取热比的地下温度场模拟(有利于排热)。单U型管群地下埋管等效图以及典型的15个监控点如图4所示。所标数字点为有算出该园区的各楼及总负荷后,将负荷值折代表性的监控点,此排热量下运行时监控点逐年算成流过管壁的恒定热流,再对运行时地下埋管的温度变化可从运行结果得到。周围的温度场进行分析。因为全年排热量与取热量不一样,若排热量远远大于取热
