竖直地埋管换热器热阻数值计算和研究

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1、竖直地埋管换热器热阻数值计算和研究　　摘要利用岩土热响应测试数据，根据《地源热泵系统工程技术规范》对竖直埋管换热器的热阻计算公式进行了数值计算，对各换热热阻对换热器性能的影响进行了分析。计算和分析对于指导地埋管换热器设计与施工具有一定的参考价值。关键词地层热阻热响应测试地埋管换热器中图分类号：TK172文献标识码：AThermalresistancecalculationonverticalgroundheatexchangerLiJinghui1WangJiankui2LuLin2FangXugen11ZhejiangConst

2、ructionDivisionBuildingEnergyTechnologyCo.,Ltd.2ZhejiangAcademyofBuildingResearch&Design.ltdAbstract:Usingthedataofgrock-soilthermalresponsetest,andaccordingto,thispaperpresentsthenumericalcalculationoftheverticalgroundheatexchanger’sthermalresistancecalculationformul

3、a,andalsoanalyzeshowheatexchangerresistanceaffecttheperformanceofheatexchanger.7Thecalculationandanalysishaveacertainreferencevalueinguidingthedesignandconstructionofgroundheatexchanger.Keyword:groundheatresistance，heatresponsetest，groundheatexchanger0引言地层热阻是决定土壤源热泵合理

4、设计和科学应用的核心因素，是影响地下埋管换热器传热性能及土壤源热泵系统节能与经济性的重要原因。换热器的热阻工程实际计算及热阻的影响对于设计人员设计及方案的优化有着重要的影响。1地埋管换热器的热阻计算地埋管地源热泵系统地埋管换热器的设计计算主要有采用单位井深换热量、专业软件和依据《地源热泵系统工程技术规范》[1]（以下简称《规范》）作为目前指导地源热泵工程设计和施工最重要的规范，在其中第4.3.5条明确指出“竖直地埋管换热器的设计也可按本规范附录B的方法进行计算。但是《规范》附录B中对地层热阻及短期连续脉冲负荷引起的附加热阻的计算公

5、式的表述存在一定的歧义，也不完整，在实际应用中会产生较大的误差甚至错误[2]。本文以供热工况下的换热器的热阻为例各热阻值对进行计算分析。1.1岩土热响应测试数据7表1岩土热响应测试基础数据表项目测试孔项目测试孔钻孔深度（m）100钻孔直径（mm）135埋管形式单U型埋管材质PE管埋管内径（mm）26埋管外径（mm）32钻孔回填材料原浆细沙主要地质结构粉质粘土岩土热响应测试测试报告结果：埋管区域的平均综合导热系数为1.667W/m·℃，平均容积比热为2.034×106J/m3·℃。岩土体初始温度20.1℃。1.2值计算公式1式中：—

6、—传热介质与U形管内壁的对流换热热阻，（m·℃/W）;——U形管的内径（m）；——传热介质与U形管内壁的对流换热系数[W/m2·℃]。换热器温差＜20℃，根据热物性测试报告定性温度按6℃，查表得=56.3×10-2W/m·℃，ν=1.553×10-6m2/s，=11.60=1547×10-6N·s/m2d：管内径=26mm管内媒质流速按0.97m/s计算；=0.9×0.026/1.553×10-6=15067＞104；=0.023×15067×11.6=4020；K==4020×0.563÷0.026=87045W/m2·℃；=1

7、÷(3.14×0.026×87045)=1.41×10-4m·℃/W1.3值计算公式2公式3式中：——U形管的管壁热阻，（m·℃/W）;——U形管导热系数[w/(m·℃)]；——U形管的外径(m)；——U形管的当量直径(m)；对单u形管，n=2；对双U形管，n=4。=0.42~0.45w/(m·℃)；=0.032m；——0.0452m=0.0539m·℃/W1.4计算公式4式中：——钻孔灌浆回填材料的热阻(m·℃/w)；——灌浆材料导热系数[w/(m·℃)]；——钻孔的直径(m)。=1.47w/(m·℃)，=0.135m，=0.0

8、809m·℃/w1.5计算7对应于单个钻孔：公式5公式6式中：——地层热阻(m·℃/w)；——指数积分公式；——岩土体的平均导热系数[w/(m·℃)]；——岩土体的热扩散率m2/s；——钻孔的半径（m）；——运行时间（S）；根据文献[2-4]对进行