土壤源热泵地下U型埋管换热器传热模拟研究

地源热泵节能模拟非稳态

第22卷第6期哈尔滨商业大学学报(自然科学版)Vol.22No.6

2006年12月Dec.2006JournalofHarbinUniversityofCommerce(NaturalSciencesEdition)

魏　超,闫泽生

(哈尔滨商业大学土木与制冷工程学院,黑龙江哈尔滨150028)

摘　要:介绍了几种常见土壤源热泵U型埋管换热器传热模型,建立了单U型垂直埋管换热器的非稳态传热模型.采用隐式有限差分法对冬季运行工况进行数值模拟,得到了U型埋管出口水温的变化规律及土壤温度场的分布规律.

关键词:土壤源热泵;传热模型;U型垂直埋管;数值模拟

中图分类号:TU832　　　　　文献标识码:A　　　　　文章编号:1672-0946(2006)06-0106-05

ResearchonheattransfersimulationofU2tubeground

heatexchangerforground2sourceheatpump

WEIChao,YANsheng

(SchoolofConstructionandRefrigerationof150028,China)

Abstract:Utransfermodelsofgroundsourceheatpump,thistransfermodelforsingleU2tubeverticalheatexchanger.Simwinteroperationconditionbyadoptingexplicitfinitedifferencemethod.ThechangerulesoftheexitwatertemperatureoftheU2tubeandthedistributionofgroundtem2peratureareobtained.

Keywords:ground2sourceheatpump;heattransfermodel;verticalU2tube;numericalsim2ulation

　　土壤源热泵系统由于具有节能、环保等优点,在欧美国家应用较为广泛,但在我国尚处于起步阶段.我国地域辽阔,蕴藏着丰富的地表浅层地热资源,因此有效利用浅层地热资源,克服传统热泵空调技术中的局限与不足,是非常有意义和实用价值的.目前由于地下钻井费用高,对岩土结构有要求及缺少可靠的系统设计和模拟工具,土壤源热泵在我国的应用及发展较为缓慢.

地下埋管换热器传热性能研究一直是土壤源热泵系统的技术难点,同时也是该项技术研究的核心和应用的基础.对于地热换热器,其整个传热过程是一个复杂的、非稳态的传热过程,涉及的物理模型很复杂,涉及的因素也很多,现有的各种设计计算方法得出的结论往往相差很大,而且在短时期

收稿日期:2006-02-26.

作者简介:魏　超(1979-),男,硕士,研究方向:热泵技术研究与应用.

内难以形成共识.因此,采用和推广土壤源热泵技

术首先要对埋管中的流体与土壤之间的换热过程进行深入的研究,建立和完善地下传热模型,为地热换热器的设计提供理论基础.

1　地下换热器典型传热模型介绍

影响土壤源热泵系统性能的因素较多,包括地下水流动、回填材料的性能、换热器周围发生相变的可能性以及沿管长方向岩土物性变化等.此外,地下换热器负荷的间歇性及全年吸放热负荷的不平衡等因素,对其性能也有重要影响.由于地热换热器传热问题的复杂性,迄今为止还没有普遍公认的模型和规范.国际上地热换热器的传热模型主要有两类,第一类是以解析法为基础的传热模型,

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