地源热泵桩基和钻孔埋管换热器换热性能比较

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1、地源热泵桩基和钻孔埋管换热器换热性能比较　　摘要：相对于钻孔埋管换热器，桩基埋管换热器在换热性能和经济性方面均具有较大优势，目前越来越广泛的应用于地源热泵工程中。围绕钻孔与桩基埋管换热器的结构特点和换热机理进行对比分析，针对南京某项目桩基埋管换热器开展了换热性能实测及数值模拟分析，并采用数值模拟手段对比分析了钻孔与桩基埋管换热器的换热性能差异。研究结果进一步证明了桩基埋管换热器具有良好的换热性能。提出的传热性能数值模拟方法可较准确地计算出桩基和钻孔埋管换热器的传热效率。关键词：地源热泵；换热器；换热性能中图分类号：TU831.7文献标志码：A文章编号：1674-

2、4764（2013）03-0151-06ComparativeAnalysisofHeatExchangePerformanceofEnergyPilesandBoreholeHeatExchangersinGSHPSystemGuiShuqiang，ChengXiaohui，ZhangZhipeng（1.DepartmentofCivilEngineering，Tsinghua16University，Beijing100086，P.R.China；2.NanjingFullshareEnergyScience&TechnologiesCo.Ltd.，Nanj

3、ing210012，P.R.China）Abstract：Duetotheirenhancedcost-effectivenessandefficiencyovertraditionalboreholeexchangers，energypilesareincreasinglyusedinGroundSourcedHeatPump（GSHP）projects.Inthispaper，thestructuralcharacteristicsofthesetwotypesofheatexchangersandtheirheattransfermechanismwere

4、discussedfirstly.Thethermalresponsetests（TRT）wereperformedontwotestingenergypilesinoneGSHPprojectinNanjing，China.TheTRTresultswerethenusedtoverifythenumericalsimulations，whichsuggeststhattheheatexchangeperformanceofenergypilesissuperiortothatofthetraditionalboreholeexchangers.Meanwhi

5、le，thenumericalsimulationmethodusedinthispaperwasconsideredapplicabletotheoptimizationdesignofgroundheatexchangersinGSHPsystem.Keywords：groundsourceheatpump；heatexchangers；heat16exchangeperformance；作为世界上最大的发展中国家，中国在经济高速发展的同时，面临着环境污染、能源短缺和气候变化等一系列的问题，其中能源短缺所造成的困扰尤为突出。据统计，目前建筑运行能耗约占全社会

6、商品用能的1/3，而在建筑运行能耗中，暖通空调系统的能耗约占60%左右，是节能潜力最大的领域之一[1]。地源热泵作为建筑节能的一个有效途径，目前已经广泛地应用于建筑空调系统供冷供热中。它以地下15～200m以内的岩土层作为空调系统的冷热源，夏季将室内热量通过热泵机组排入地下岩土层中，冬季则将地下岩土层中的热量通过热泵机组送至室内。地下换热器是整个地源热泵系统的关键组成部分。目前中国大多数工程均采用钻孔埋管换热器作为地下换热器。但由于其钻孔成本较高、钻孔占地面积较大，使地源热泵的推广普及受到了制约。20世纪80年代，奥地利和瑞士等国技术人员开始利用建筑物基础作为地

7、源热泵的地下换热器。起初利用基础底板，后来发展到利用桩基、地下连续墙甚至隧道结构作为地下换热器。这些利用建筑结构部件进行地下热交换的结构形式被统称为地下热工结构（Thermo-activeGround16Structures）[2]。与传统钻孔埋管换热器相比，它利用了建筑物基础中混凝土较好的热传导性能和建筑物基础与地下岩土体的更大换热面积，提高了地下换热器的换热性能，节省了大量的钻孔费用和地下空间资源。该技术已在其他国家得到较广泛的应用[3-4]。近年中国也陆续开展了这方面的应用和研究工作。地下热工结构在工程应用中主要存在结构安全和传热规律两方面的障碍[2，5]

8、。从传热角度分析，学者们