魏唐棣[1]2001年在《地源热泵地下套管式埋管换热器性能研究》文中进行了进一步梳理地源热泵技术是建筑节能的重要节能技术——热泵技术的分支，随着能源价格的不断上涨及过度耗能对环境的压力，地源热泵技术因其良好的节能预期，日益成为建筑节能领域关注和研究的焦点之一。尤其是在我国长江流域一带，气候具有夏热冬冷特性，是地源热泵技术最具应用前景的地区。地源热泵技术的核心在于地下埋管换热器传热性能的准确把握，以便为系统设计提供设计依据。本文在综述有关地源热泵的地下埋管换热器研究现状的基础上，首先确定本文所要研究的内容：地下埋管换热器参数优化及传热性能数学模拟方法，并通过实验测试验证相应研究结果。本文通过建立地下套管式埋管换热器传热过程的二维传热模型，并借助计算机对分析结果进行解析，弄清了影响埋管换热器性能的管径、管长、管径比、通过流量、进水温度、进出水方式以及管材等参数的作用，并提出了相应的优化指标，对研究界悬而未决的“热短路”问题也进行了细致分析，得出了有关结论。本文通过对试验模型热过程的深入分析，建立了与实际地下埋管换热器结构参数相吻合的叁维传热数学模型，通过有限单元法和向前差分法求解相应微分方程并对分析结果进行关联耦合，详细分析了埋管换热器的短期和长期运行特性，对地源热泵套管式埋管换热器连续运行、间断运行规律进行了解析，进一步弄清了埋管换热器的传热规律。对换热器周围岩土温度的计算结果证明，地源热泵经历叁个月开机运行和叁个月停机过渡季后，换热器周围岩土一定程度实现了冬冷夏用、夏热冬用的目标。通过实验测试与分析，证明了地下埋管换热器作为地源热泵系统的重要一环能够为热泵提供良好的热源，使地源热泵的性能参数优于风冷热泵，发现了埋管换热器匹配热泵运行时独特的自平衡规律，为设计和运行地源热泵技术提供了经验。本文对地下埋管换热器传热性能的研究较为深入，研究方法对其他地下蓄能系统的研究有借鉴意义，研究成果对地源热泵技术的推广具有工程指导意义。
江彦[2]2010年在《地下能量传输及其传热控制研究》文中进行了进一步梳理面对能源与环境日渐紧张的局面,可再生能源的使用成为解决这一问题的有效手段,地下浅层作为地下蓄能(UTES)与地源热泵(GSHP)的能源库被认为是目前最具清洁环保特征的绿色能源利用技术。它可实现长期或跨季节蓄能,有利于余热、太阳能和电力峰谷错时利用,越来越受到人们关注。现有的研究成果表明,地下传热热源模型多以线热源或柱热源的纯导热问题为主导,对地下水渗流流动、管内流动的换热相耦合的研究还很有限,特别是大规模地下换热井群的相关研究更显不足,因此基于渗流、内流动和井群场的地下能量传输的能流特性研究显得尤为必要。另外,无论地下能量蓄存,还是地源热泵,均涉及复杂的地下传热和能量传输问题,其受到诸多因素的制约和影响,除了岩土热物性、地质构造和地下岩土结构等自然条件以外,更主要是运行的主动控制模式,以求更高的地下能流有效控制,在地下蓄能过程中使蓄入、扩散和保持达到高效协同控制。针对以上问题,本研究结合国家自然科学基金项目,采用模型分析和模拟计算,结合实验、探索复杂条件地下热源群可变负荷动态传热和热流传输作用机理,揭示季节性地下蓄能时间周期动态传热控制机制,通过对能量传输的热扩散促进与抑制、温度场形态重整主动控制及能流场协同等基本传热特性、特征和规律认识,建立地下蓄能的热传输控制机制,推动我国地下蓄能技术创新与发展。在分析地下蓄能换热器的传热机理中,提出套管式地下换热器的管内流动与岩土渗流传热耦合的数学模型,分别在饱和岩土无渗流和有渗流两种状况下,对影响地下热流的主要因素进行系统的传热分析,研究不同影响因素中的时变动态特性。对于饱和岩土无渗流过程,研究结果表明当套管式地下换热器外管径达到一定管径(DN100)以上时,埋管单位管长换热率较大,埋管与岩土的换热较充分;当蓄能流体处于紊流态流速为0.2~0.4m/s时,其单位管长换热率较高;超过此范围后,流速的增加对增强换热的效果不再明显。对于存在渗流,研究结果表明它将增加地下埋管与岩土的对流换热,提高传热效果,换热率随渗流流速而增加,并且在低流速时,更加明显;此外,岩土孔隙率可有效增加换热效果,使系统平稳运行时间缩短。其中,流速因素较孔隙率因素影响作用更加明显;孔隙率在0.1以下且流速较小时,地下渗流流动对换热效果的增强不明显。为进一步验证模型分析和实验研究相关特征,建立大型阵列式多热源岩土热流传输实验系统,开展岩土蓄能传热动态控制研究。提出动态时序控制问题,并着重对叁种不同动态时序控制模式进行研究,系统分析温度场时变形态,能量蓄存、扩散及保持各阶段的温变特性和影响规律。实验表明,动态时序控制对蓄能具有显着的功效作用,在相同蓄热总量、蓄能时间和实验运行条件下,通过动态时序负荷控制,可实现明显的蓄能传热能力差异,它不但影响加热期,还影响到保持期,可变相位和幅值将有利提升能量的扩散与保持,为地下蓄能和传热控制最优化提供有效方法。此外,相关实验结果与模拟计算结果比较表明,本研究所建立的计算模型与实验数据获得良好吻合。为定量分析和判断地下蓄能过程的能流效应,有效衡量能流传输与扩散,本研究提出地下岩土蓄能的能流通量的概念,进一步弥补以往地下传热分析中的不足,并对垂直式地下换热器井群不同布置形式的能流特性进行了比较分析,同时提出能流通量监测位置选取与确定方法,合适的能流通量监测可以充分反映能量保持与扩散对蓄能效果的影响,研究表明监测位置选择在距离最外层埋管中心以外0.5-2.5倍间距较好。此外,利用能流通量概念,对不同井孔间距的地下换热器进行热流分析,得出载能介质与岩土温差较小、地下水流速较小或孔隙率较小的地区,3-6m间距比较合适;介质温度较高或者地下水流动速度较大的情况下,6m左右的间距较合适,这将有利于能量的进一步蓄存、蓄存中的扩散和间歇期的保持。通过对饱和岩土有地下水渗流与无地下水渗流的地下蓄能能量的保持与扩散进行分析,并在无地下渗流的蓄能研究采取四种不同的控制热流传输模式,指出环式负荷温位梯级加载的蓄能模式更加有利于能量的岩土扩散和保持。对于渗流旺盛区的蓄能,提出全新的偏置加载控制模式,通过对四种不同的负荷加载控制模式进行研究,指出基于渗流方向的温位偏置加载理念具有重要的能流控制作用,它利用负荷量和温位的双重控制,更加有效提高地下蓄能和传热效率,提升蓄能区域的能量保持能力。正如分析结果所知,偏置加载与环式加载在输入能量基本一直的条件下,有效的偏置加载将比环式加载体现更加明显的蓄能能力和应用潜力。因此,负荷温位梯级加载和偏置加载等地下岩土传热控制将为地下蓄能和地下传热的能流控制提供新的控制理念,进一步为实现地下能量高效利用的技术突破奠定基础。通过对蓄能间歇周期的研究,发现短间歇蓄能方式在蓄能数量、平均温升和最高温度方面都比长间歇蓄能方式更有利于能量在埋管区域的蓄存、扩散和保持。综合研究表明,能量存入需要高的释放扩散能力,能量保存却需要低扩散,抑制蓄存能量扩散流失,如此导致地下能量存储面临能量传输扩散促进和抑制的矛盾及其协调问题。本文通过研究岩土热源群可变负荷动态传热和热流传输作用影响,通过负荷变动和温度场形态重整主动控制,场波动相位延迟以及能流场协同,实现可控地下传热扩散,提高蓄能利用效率。通过研究热湿迁移下场偏移与控制,大规模热源群负荷多变性控制与协同,探索负荷温位梯级加载和偏置加载等手段的蓄能温位弱化和能量传输缓冲等。该研究将完善地下蓄能和传热控制理论,推动地下蓄能和传热技术的发展和应用。
张坤[3]2010年在《地下水渗流对管束式地埋管换热的影响》文中提出地源热泵系统是利用埋设于地下的换热器与土壤交换热量,可提高浅层地热能的能量品位,具有节能和环保功能的制冷空调技术。制约地源热泵技术发展的因素很多,地埋管换热器的传热性能的好坏直接关系土壤源热泵效率的高低。本文通过对国内外地源热泵地埋换热器的了解,发现理论分析方面,以往的模型多为二维等效管模型,不能真实反映换热器的换热过程;实验研究方面,换热器结构集中在单U型和双U型,很少涉及其他的结构形式。随着人口密度及建筑密度的增大,布管空间越来越小,这就要求地源热泵的地埋管换热器可以充分发挥其换热能力,最大提高单井换热量,但是对于当前的地埋换热器结构来讲,实现起来并不容易,本文在此基础上提出了单井多管的设想,并对管束式地埋换热器进行了理论和实验研究。本文通过理论分析,建立了管束结构埋管换热器的简化传热计算模型,将复杂的地下渗流对换热器的影响进行简化,在无渗流和有渗流情况下,对夏季工况和冬季工况下的管束式换热器进行数值模拟;得到换热器与周边土壤换热的温度场,并进行数据分析,说明在有渗流时,换热效率明显提高。本文还在不同渗流速度条件下进行了模拟,分析了渗流速度对管束式换热器与周边土壤换热的影响。本文将土壤考虑为多孔体,模拟土壤在有渗流情况下的换热规律,通过数据表明土壤渗流对换热器的影响,分析提高地下埋管换热器换热效率的方法,从而改善地下土壤温度环境,使地源热泵系统的设计以及工程应用管束式换热器更为合理化,为管束式地埋管换热器应用于工程实际提供理论数据储备和技术支撑
李阳春[4]2003年在《地源热泵系统地下埋管换热器理论分析及工程应用研究》文中提出节能与环保是关系到21世纪国民经济可持续发展的两个重大课题。全世界都在致力于低能耗、无污染、可再生新能源工程技术的研究与应用。本文结合现阶段国内外的研究进展，以目前尚处于发展阶段的新型空调技术——地源热泵技术作为研究课题，为空调的节能与环保提出一个新的发展方向。主要研究内容如下： 1．对现有的地源热泵埋管换热器传热模型、设计方法进行对比分析。在总结了国内外埋管换热器设计经验的基础上，进行了埋管换热器计算机辅助设计程序开发，该程序可用于水平埋管、U型埋管以及套管式换热器的设计计算。重点介绍了程序开发的系统结构、主要功能、涉及到的计算方法等。计算程序的开发不仅使换热器设计流程更加清晰，也大大缩短了设计周期，提高了计算精度。 2．提出了地源热泵—辐射地板联合系统的概念，阐述了该系统基本原理以及运行和控制模式。结合工程实际，设计了一套应用于别墅的新型空调系统。重点介绍了建筑空调负荷计算、地下埋管换热器系统、辐射地板系统以及热泵和建筑物内分配系统设计等方面的内容。地源热泵联合辐射地板对房间进行冷暖联供，既具有地源热泵季节性平均性能系数高、土壤蓄热能力强、随环境温度波动小等优点，且能改善空气源热泵系统新风供给量与耗能之间的矛盾关系。 3．以地源热泵空调系统为研究对象，从技术和经济性两方面对两种地源热泵(水平埋管、垂直埋管)与常规空气源热泵空调系统进行了分析和比较。分别计算了上述叁种系统的COP、逐月制冷／制热量，并分析了初投资、运行和维护费用、投资回收期、净价值以及偿还利率等经济学参数对不同系统的影响。结果表明地源热泵系统在降低空调高峰负荷以及总能耗等方面比空气源热泵系统具有明显的优势。
洪涛[5]2007年在《成都地区地源热泵系统埋管方式及埋管间距研究》文中研究表明在我国大多数的建筑中使用的空调系统都是用石化能源和电力来提供供暖或者制冷的能源。这样的能源结构并不合理,燃烧煤炭、石油能等能源物质产生的大量废气、烟尘和有毒物质严重的污染了环境,损害人类健康,与我国的可持续发展战略不符。地源热泵系统作为一种新型的、无污染的空调系统在我国的发展前景极为广阔。本文首先介绍了地源热泵系统的工作原理,希望通过对原理的论述使建筑师了解该系统的运行方式。同时详细介绍了地源热泵系统的埋管方式分类,比较说明了垂直埋管和水平埋管各自的技术特点,为埋管方式的选用提供了一定的帮助。通过对埋管方式进一步分析,研究了埋管间距的问题。论述了土壤热物特性、运行方式及埋管布置对埋管间距的影响。同时根据模型研究和简单的经济分析,提出一个初步确定埋管间距的方法,供读者研究借鉴。地源热泵系统除了有良好的环境效应,还具备了很好的经济效应。通过对成都市的地源热泵工程某两个实例的分析,与家用分体式空调进行对比。从初投资、运行费用以及费用年值叁个方面进行对比,体现了该系统在经济方面良好的可持续性。同时也对两种不同买管方式的运行费用进行了对比分析。希望通过本文的论述,使建筑师更加了解地源热泵系统的原理以及优势。从而有利于地源热泵系统在成都地区的发展推广。
李江[6]2013年在《地埋管换热器换热性能数值模拟及实验研究》文中研究表明地源热泵技术是利用浅层地热能来进行建筑供热、供冷的一种节能型空调技术，此技术随着对建筑节能的重视而逐步得到广泛应用。地源热泵系统分为水源与地埋管地源热泵系统，由于水源热泵技术在使用推广中受到水资源等条件的限制，应用局限性较大，而地埋管地源热泵技术避免了水源热泵的缺点，具有广泛的适用性。地埋管地源热泵技术在近几年才得到广泛应用，由于地下土壤条件的复杂性，地埋管换热器仍存在诸多问题需要解决。本文通过对地埋管换热器的传热过程进行分析，利用数值模拟与实验相结合的方法对竖直单U型、双U型地埋管换热器及套管式地埋管换热器在不同流速、埋管布局、管径匹配以及不同流程形式时的换热性能以及上述叁种地埋管的土壤温度场进行了研究。通过数值模拟及实验研究得出以下结论：模拟研究表明，随着流速的提高，地埋管换热器的换热量随之增大；单U型地埋管换热器采用管间距50mm时的换热能力高于管间距60mm，埋管换热器采用DN32管径时换热能力高于DN25管径的单U型地埋管换热器；双U型地埋管换热器采用交叉埋管形式时换热效果优于其它形式的埋管；套管式换热器采用内进外出、同轴形式时换热量优于采用外管进内管出形式的地埋管换热器；内管管径为DN32时的套管式换热器换热能力大于内管为DN25的套管换热器。叁种形式的地埋管换热器模拟达到稳定时，土壤温度场的作用半径可达到2m左右。本课题根据数值模拟研究，从中选择了叁种最佳的地埋管换热器形式，即管间距60mm、DN32的单U型地埋管，交叉形式的双U型地埋管，内管进外管出的同轴套管换热器进行了实验研究。实验表明地下3米处土壤温度增加的幅度随着埋管运行时间的增长而逐渐减小；随着流速的增大，地埋管换热器的进出口温差减小，但埋管换热量却随流速的增大而增大。
郭玉莎[7]2014年在《地源热泵地埋管系统节能运行机理研究》文中进行了进一步梳理地埋管地源热泵技术是近年来开始得到广泛应用的节能环保新技术,该技术的研究和发展不仅得到了我国政府的大力支持,而且商界人士也致力于该技术的推广。随着地埋管地源热泵技术的广泛应用,也带来了一些问题,由于设计考虑不周、安装的原因等因素,地埋管水力系统不平衡导致部分钻孔介质流动缓慢或不流动,因此造成了实际运行的地埋管数量大大减少,从而减少了地源热泵系统的传热面积,使系统制冷制热效果大打折扣。本课题旨在研究地埋管地源热泵系统中的水力平衡理论和优化设计技术,为地埋管阻力系统的应用提供技术指导。本文从地埋管系统阻力入手,借助于Matlab语言进行编程,首先计算了在不同设计方案情况下,地埋管系统阻力损失数值,并分析了在不同管网连接形式在变流量、变钻孔深度、变管间距情况下水力工况的变化规律,根据模拟计算结果,分析了不同类型地埋管管网的水力特性,给出了地埋管系统优化设计方法,为以后地埋管网的合理设计和高效运行提供了理论基础。
徐伟, 刘志坚[8]2013年在《中国地源热泵技术发展与展望》文中指出本文首先介绍了我国地源热泵技术发展的背景,通过技术现状分析,全面阐述了地源热泵系统分类、系统技术、代表性的工程等方面的研究进展,并指出了此技术存在主要问题、技术难点,从而阐述了地源热泵技术在中国发展趋势。
曾宪斌[9]2007年在《地源热泵垂直U型埋管换热器周围土壤温度场的数值模拟》文中研究说明地源热泵空调系统利用土壤作为冷热源,通过地下埋管中的循环流动介质与土壤进行热量交换,进而由热泵实现对建筑物的供冷或者供暖。与传统空调相比,地源热泵空调系统利用可再生能源,具有节能和环保的特点。对于采用U型埋管换热器的地源热泵来说以其适用范围广、性能稳定、换热效率高等优势越来越得到关注。本文对地源热泵垂直U型埋管换热器系统的研究成果进行了综述,针对现有研究成果主要集中在U型埋管的传热传质模型、换热器的换热性能、强化传热以及热泵系统的动态仿真等方面,而作为能够较直观的反映土壤的热物性和埋管的换热性能的地下埋管换热器周围土壤温度场的研究主要还是集中在理论阶段,没有相关的实验验证,并且对地源热泵系统运行时土壤温度场的模拟大多是基于短时间条件,这就使得研究成果的应用在一定程度上受到了限制。故本文开展了以地下埋管换热器周围的土壤温度场为主要内容的研究,采用理论分析、建立传热模型及借助于MATLAB软件进行数值模拟、实测数据验证等方法对垂直U型埋管换热器周围的土壤温度场进行研究,以求得到两种不同地质条件、不同的钻孔回填材料、热泵系统长期和短期运行、不同埋管管径大小以及变热流工况对埋管换热器周围土壤温度场的影响,并得出热作用半径与单位埋管管长换热量之间的关系。模拟结果表明,在短期(30天)运行条件下,土壤的导热系数大小直接影响热作用半径长度,土壤导热系数为2.035W/m?℃、3.49W/m?℃时热作用半径分别为3.8m和4.2m。导热系数大的细河砂回填材料,埋管管壁土壤最高温度只有42.3℃,而水泥砂浆回填时高达50.9℃,说明导热性能好的回填材料有利于增大管内流体与周围土壤的温差从而增大了土壤与埋管的换热量。对于3个月的长期模拟分析得到热作用半径达4.5m左右。通过505W/m2、550 W/m2和650 W/m2叁种不同热流密度对土壤温度场的影响模拟结果表明,热流密度越大(为650 W/m2)时,热作用半径也越大,但埋管周围土壤与管内流体的温差也越大,因此不利于埋管与土壤的换热。最后总结了有利于埋管换热的设计间距。通过重庆地区的夏季实验测试,分析不同流量工况下单位管长的换热量以及平均传热系数,埋管周围土壤温度场分布,并对模拟结果进行了实测数据验证。
徐伟, 刘志坚[10]2013年在《地源热泵技术研究现状与发展趋势》文中研究指明本文首先介绍了我国地源热泵技术发展的背景,通过技术现状分析,全面阐述了地源国内外最新技术进展及热点问题,最后指明了地源热泵存在问题及发展趋势。
参考文献：
[1]. 地源热泵地下套管式埋管换热器性能研究[D]. 魏唐棣. 重庆大学. 2001
[2]. 地下能量传输及其传热控制研究[D]. 江彦. 吉林大学. 2010
[3]. 地下水渗流对管束式地埋管换热的影响[D]. 张坤. 沈阳建筑大学. 2010
[4]. 地源热泵系统地下埋管换热器理论分析及工程应用研究[D]. 李阳春. 浙江大学. 2003
[5]. 成都地区地源热泵系统埋管方式及埋管间距研究[D]. 洪涛. 西南交通大学. 2007
[6]. 地埋管换热器换热性能数值模拟及实验研究[D]. 李江. 长沙理工大学. 2013
[7]. 地源热泵地埋管系统节能运行机理研究[D]. 郭玉莎. 山东建筑大学. 2014
[8]. 中国地源热泵技术发展与展望[J]. 徐伟, 刘志坚. 建筑科学. 2013
[9]. 地源热泵垂直U型埋管换热器周围土壤温度场的数值模拟[D]. 曾宪斌. 重庆大学. 2007
[10]. 地源热泵技术研究现状与发展趋势[J]. 徐伟, 刘志坚. 建设科技. 2013