地源热泵垂直埋管换热器换热性能的实验研究

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1、地源热泵垂直埋管换热器换热性能的实验研究张鑫王泮浩王新轲冯琛琛姜宇光西安交通大学建筑节能研究中心摘要：本文建立了地源热泵砂箱实验台，对地埋管进口水温、流速对埋管换热器换热性能的影响进行实验研究。实验结果表明：在一定条件下，地埋管进口水温和管内流量的增加都会增强地埋管的换热性能及热作用半径。关键词：地源热泵彩响因素实验研究ExperimentalStudyofVerticalBoreholeHeatExchangerofGSHPZHANGXin,WANGFeng-hao,WANGXin-ke,FENGChen

2、-chen,JIANGYu-guangBuildingEnergyResearchCenter,Xi'anJiaotongUniversityAbstract:Ground-SourceHeatPumpsandboxtestareestablishedtostudythefactorswhichinfluencetheperformanceoftheheatexchanger,suchastheinletwatertemperature,flowrate.Theexperimentalresultsshow

3、thatundercertainconditionstheincreaseoftheinletwatertemperatureandflowratewillenhancetheperformaneeofgroundsourceheatexchangerandradiusofthermaleffect.Keywords:Ground-Sourceheatpump,influencefactors,experimentalresearch收稿日期:2010-11-12作者简介：张鑫（1988〜），男，硕丄研究牛

4、；西安交通人学建筑节能研究屮心（710049）；E-mail:zhangxin.hvac@stu.xjtu.edu.cn基金项目：中央高校基本科研业务费专项资金（xjj20100078）0引言地源热泵技术是一种高效节能、坏保、可再主供能的空调冷热源新技术。它主要利用浅层土壤的蓄热特性，在夏季时，将室内的热量导入地下，达到降低室内温度的目的，在冬季时，将地下的热量供给室内使用来提高室内的温度，如此循环利用地埋管换热器是地源热泵系统的关键部件。其换热过程是一个复杂的非稳态的过程。影响英换热性能的主要因素有：土壤

5、的物理特性（密度、比热、湿度等）、管内工质流量、工质进口温度、钻孔的相关参数（数量、回填材料、布置形式等）、地下水渗流等W本文针对以上工程问题，搭建了地源热泵砂箱实验台，并对不同管内流量、进口水温的变化对换热器换热性能的影响做实验研究，以期得到可以指导实际工程的结论。1实验台搭建本文搭建如图1所示的沙箱实验台，沙箱尺寸为1.5mxl.2mxl.6m（长x宽x高）。箱体中部（见A・A面）埋设长度为3m,外径为25mm的复合铝犁管，埋管进出口与电加热水箱相连。为了模拟冇地下水渗流存在的地埋管换热器的工作环境，砂

6、箱上、下均设冇水箱。上部水箱用钢板焊接而成，下部水箱少箱体为一整体，其上部放置承重钢板，将砂体和水箱分隔开。为了保证渗流的稳定性和均匀性，在砂土与上部水箱之间铺设了3层纱布，承重钢板上铺设一层钢丝网及一层纱布，以防止砂土的渗漏，同时使整个横断面上的渗流更加均匀。考虑到渗流的连续性和稳定性，上部水箱与一个高位水箱相连，作为渗流水源，下部水箱与一个低位水箱相连。水箱位置的高低及纱布层数是调节渗流大小的两种方法。用一个可调节的进水管与高位水箱相接，以维持水箱的液面高差，保证渗流的稳定性。高低位水箱的尺寸均为250

7、nim（长）x250mm（宽）x200mm（鬲）。图1实验台示意图在砂箱中的B-B截而（图1）U型管周围敷设有31个K型热电偶，用来测量土壤的温度场，具体布置见图2,期用一支热电偶测试环境温度，同时采用高精度的热电阻PtlOO测最埋管的进出口水温。温度传感器的数据采集分别采用ADAM-4018和ADAM・4015。流最的测量采用涡轮转子流量计LWGY-15,所有的信号数据均由电脑实时采集。17#25#23#2U图2热电偶的布置示意图2实验结果及分析2.1进口水温度对埋管换热器性能的影响图3为测点13的温度随

8、时间的变化图，实验屮U型管内水流量为1.020nWh,取不同的进口水温。测点13距进水管最近，因而最具代表性。从图3中可以看岀，随着进口水温升高，测点13的温升速率逐渐提高，运行一段时间后，温度趋于平稳，与实际经验相符。图4显示了地埋管进出口温羌随不同进口水温的变化。从图4可以看出，地埋管进口水温升高，进出口温差增大，换热量增加，并且在所测范围内进口水温与进出口温差有良好的线性关系。图3测点13在不同进口水温时温