地源热泵地埋管换热器传热性能分析及经济计算.pdf

《地源热泵地埋管换热器传热性能分析及经济计算.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、地源热泵号地埋管换鲁热器传热性能分析及经济计算,h-方初，黄斌(1．合肥市城乡建设委员会，安徽合肥230001；2．安徽建筑大学节能研究院，安徽合肥230022)摘要：为分析地源热泵不同种地埋管换热器换热效果差异，充分利用可再生能源，结合合肥市滨湖新区某项目的土壤热物性参数，使用Fluent软件对单u型管和双u型管地埋管换热器建立模型进行传热性能的模拟分析，得到了随着时间变化下不同换热器型式的土壤温度分布图和出口水温，并分析土壤温度、出水温度和换热量三者的相互关系。最终结果表明，该条件下双u型管地埋管综合传热性能是单u型管的1．33倍，而经济计算结果显示，在

2、打井数量较多时，双u型管地埋管换热器的经济性优于单u型管。关键词：u型管地埋管换热器；数值模拟；传热分析；经济分析中图分类号：TU833*．3文献标识码：A文章编号：1007—7359(2016)04—0222—04DOl：10．16330／j．cnki．1007-7359．2016．04．0880前言圈1地源热泵系统原理图地源热泵应用的浅层地热能是指蕴藏于地表这3种冷热源中，地下水源对于合肥地区来说是下200m以内浅层岩土体、地下水和地表水中，具有严禁使用的。这是由于使用时，热泵机组管路与设备开发利用价值的热能资源，是一种储量大、分布广中的杂质和空气会被回

3、灌至地下水，造成水质恶化，的可再生能源。以土壤作为载体，通过热泵机组与严重破坏了地下水系的结构，带来不可逆的后果和地埋管换热器，采集浅层地热能为建筑供暖、制冷，影响。因此，为了保护地下水资源，合肥地区发布了禁同时具有COP值高、能耗低、环保等优点。可有效止使用地下水的相关规定，故本文主要围绕土壤源热降低化石能源消耗，减少污染排放，是促进建筑节泵展开分析嘲。能减排的重要措施之一【”。合肥市属于夏热冬冷地目前，土壤源热泵地下埋管换热器主要有两种形区，冬夏季均有空调使用需求，是地源热泵应用的式，即水平埋管和垂直埋管。水平埋管主要有单沟单适宜区【。作为可再生能源应用

4、示范城市，合肥近年管、单沟多管、扁平曲线管和螺旋状管等形式。由于水来累计已建成地源热泵建筑面积达102万m2【31，由平管埋深较浅，其埋管换热器性能不如垂直埋管，而于系统设计完善、现场施工规范，项目运行后均取且水平地埋管系统占用场地大，在实际使用中受地面得了良好的效果。温度影响大，因此适用于单季使用的情况(如欧洲只用于冬季供暖和生活热水供应)。而垂直埋管根据埋1地源热泵管形式的不同，一般分为单u形管、双U形管、螺旋盘管、套管式和热井式换热器。按埋设深度不同又分地源热泵是利用水作为载冷剂与土壤、地下水或为浅埋(≤30)、中埋(31—80m)和深埋(>80m)网

5、。地表水进行冷、热交换来获取冷、热量，冬季通过低温水把地能中的热量提取出来供给室内采暖，此时地能为“热源”；夏季通过高温水将室内热量释放到地下水、土壤或地表水中，此时地能为“冷源”。作者简介：肖方初(1982一)，男，安徽潜山人，毕业于合肥工业大学，助图2水平埋管换热器布置图圈理工程师。卜进水管与出水管管壁温度(oC)广_-管道半径(m)一流体密度(kg／m)一流体比热容(J／kg·℃)——不同材料的导热系数3CFD模型的建立及参数设定C冒匠’本次分析采用GAMBIT对单u形管和双u型管-lrP：两种地埋管换热器进行建模，对模型进行适当简化后*：埔辎：倒采用

6、FLUENT进行求解，选择非稳态计算，管内传热暇：括介质流动选择K模型、MOMENTUM方程与盥：脚：ENERGY方程耦合求解。建立模型如下：*-图3垂直埋管换热器布置图图5单U型管地埋管换热器模型竖直地埋管换热器钻孔深度设定为100m，钻孔间距为5m，采用de32的PE换热管，进口流速单u型管为0．6m／s，双u型管为0．4m／s，灌浆回填料采用5％膨润土与原浆的混合浆f7】，土壤热物性参数取自合肥地区滨湖新区某项目土壤热响应报告，具体数据如表1。合肥地区滨湖新区某项目土壤热物性参数表1图4螺旋盘管地埋管换热器示意图2传热模型2．1管内流体的对流传热及与管

7、内壁的传热方程．v+旦：0rz≤o)PsCrrz4数值计算结果2．2管壁的导热方程+曼．望：0(z<0)图6、7、8、9为分别为0．6m／s(单u型管)和Or‘，．0．4m／s(双u型管)的初速度下，初始土壤温度2．3回填材料的导热方程17．1，初始供水温度32℃下运行初始和运行后土壤争+等·警刎热度达到饱和时的土壤温度分布图。2．4土壤的传热过程由计算结果可以看出，在初始阶段，双u型管的向土壤传热的速度快于单u型管，相同时间内双u争+等等-o(刎管向土壤释放出的热量较多，热扩散半径和土壤温度式中：——管道内流速(m／s)均高于单u型管，最终比单u型管提前到

8、达土壤温一进口与出El流体温度(℃)度饱和状态(约为