竖直埋管换热器热响应半径计算方法.pdf

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1、第3l卷第17期农业工程学报2482015年9月TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineeringVbl．31No．17Sep．2015竖直埋管换热器热响应半径计算方法李晓星1，一，胡夏闽2，张正威1弘(1．浙江农林大学风景园林与建筑学院，杭州311300；2．南京工业大学土木学院，南京210009)摘要：随着能源压力的日益增大，世界各国都十分重视可再生能源的利用与开发，地源热泵技术作为一种清洁、高效的可再生能源，近年得到了较快的发展。该文利用无限长线热源传热计算模型，讨论了介质内过余温度场的分

2、布特性。结果表明：介质内温度响应在孔壁处最大，随离孔壁距离的增加呈指数衰减，随时间的增加而增大；热传播区域随时间的增加而增大，随介质的热扩散系数的增加而增大。针对工程中群埋管换热器情况，利用叠加原理计算群埋管的孔壁温度，定义换热器的热响应半径为其他钻孔引起的过余温度影响系数≤5％时相邻钻孔中心线之间的垂直距离。在大量计算分析基础上，提出了竖直埋管换热器热响应半径计算方法。计算结果表明该文方法具有较好的计算精度，竖直埋管换热器的热响应半径随岩土热扩散系数增大而增大，随持续运行时间增加而增大，随钻孔排数增加而增大，随着钻孔孔径增大而增大；钻孔布置方式不同对钻孔

3、热响应半径的影响较明显，相同布置方式下钻孔直径对其热响应半径的影响较小。针对工程中常见的115和135mm2种孔径，绘制了不同岩土介质下钻孔单排、双排和三排以上布置时热响应半径．运行时间的关系曲线。工程算例表明该文方法简单方便，为工程设计提供了便利。关键词：传热；计算；热泵系统；竖直埋管换热器；计算模型；热响应半径doi：10．119750．issn．1002～6819．2015．17．033中图分类号：TU833．3文献标志码：A文章编号：1002—6819(2015)一17—0248—06李晓星，胡夏闽，张正威．竖直埋管换热器热响应半径计算方法rJ]．

4、农业工程学报，2015，31(17)：248--253．doi：10．119750．issn．1002—6819．2015．17．033http：Nwww．tcsae．orgLiXiaoxing，HuXiamin，ZhangZhengwei．Calculationmethodofthermalresponseradiusforverticalboreholeheatexchangers[J】．TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE)，201

5、5，31(17)：248--253．(inChinesewithEnglishabstract)doi：10．119750．issn．1002—6819．2015．17．033hap：／／www．tcsae．org0引言随着能源压力的日益增大，地源热泵技术发展迅速。国内外学者基于内外场分算的方法，提出了多种地下埋管换热器传热计算模型，分解析模型和数值模型两大类。解析模型有：无线长线源模型【l-3】、有限长线源模型【4】、无限长柱源模型【5。61、有限长柱源模型【71、数值模型有g-functionModel[81、Me[andEmermon’sModel[

6、91、Ductstorage(DST)Model[101、Muraya’SModelIn]、Rot[mayerandMitchell，SModel[121、ShonderandBeck’SModel[131。相比解析模型，数值模型提高了计算精度和分析的灵活性，可以考虑沿钻孔深度方向的轴向传热。但由于使用极坐标或柱坐标网格，对于实际工程的复杂系统，其计算成本大，计算效率较低，不便集成到整体建筑能耗分析程序中。此外，还有学者提出基于内外场合算方法的传热模型【14-181和均匀介质渗流的计算模型[19-22】。但关于换热器热响应半径的研究文献甚少，给工程设计带来

7、一定的不确定性。如何根据场地地质条件合理确定竖直埋管换收稿日期：2015．01．30修订日期：2015．07．24基金项目：浙江省自然基金项目(LYl2D02001)，浙江农林大学人才项目(2010FR099)作者简介：李晓星，女，山东枣庄人，从事浅层地热能利用研究。南京南京工业大学土木工程学院，210009。Email：lixiaoxin93665@163．tom※通信作者：张正威，男，江苏沭阳人，博士，教授，主要从事浅层地热能利用和建筑节能技术研究。杭州浙江农林大学园林与建筑学院，311300。Emaihzwzhangl0@126．corn热器问距一直

8、是困扰设计人员的主要问题之一。HartandCouvillion[