土壤源热泵埋地换热器的简便计算

河北工程技术高等专科学校的一个很有借鉴意义的地源热泵地埋管的计算.

节　　　能2005年第5期

　　　　　　　　　　　　　　　　　　ENERGYCONSERVATION　　　　　　　　　　　　

(总第274期)—22—

土壤源热泵埋地换热器的简便计算

高桂芝,王桂娟

(河北工程技术高等专科学校,河北沧州061001)

摘要:土壤源热泵是利用土壤作为吸热和排热源的一种高效、节能、环保的热泵技术,近年来得到了快速的发展。本文介绍了一种简化的土壤与埋地换热器的传热数学模型,并利用Foxpro编制了简便、快速的计算程序。

关键词:土壤源热泵;埋地换热器;简化计算;Foxpro

中图分类号:TK172;TB24　文献标识码:A　文章编号:1004-7948(2005)05-0022-03

1土壤源热泵的工作原理及组成

于有足够大空闲场地的地方,其埋深深度通常在112～310m,常采用单层或多层串、并联水平铺地埋

土壤源热泵是利用土壤作为低位热源的一种热

泵形式,其构成主要包括三套管路系统:室外管路系统、热泵工质循环系统及室内空调管路系统。其与一般空调系统不同之处主要在于室外管路系统———即埋于土壤中的换热器盘管。该盘管作为换热器,在冬季从土壤中取热以作为热泵系统的吸热源;在夏季向土壤中放热以作为热泵系统的排热源。原理见图1所示,其工作原理为:夏季空调时,室内的余热经过热泵转移后通过土壤源换热器释放于土壤中,同时蓄存热量,以备冬季采暖用;冬季供暖时,通过土壤源换热器从土壤中取热,经过热泵提升后,供给采暖用户,同时,在土壤中蓄存冷量,以备夏季空调用

。

管,优点是施工方便、造价低,缺点是换热器传热效果差、受地面温度波动影响较大、热泵运行不稳定,同时占地面积也较大。b为垂直埋管形式,适用埋深于10～100m的U型垂直埋管或套管,该形式的优点是:占地面积小、深层土壤的全年温度波动较小、热泵运行稳定,缺点是初投资(钻孔土建费等)较高。图c为螺旋型埋管形式,该形式结合了a、b的优点,占地面积少、安装费用低,但其管道系统结构复杂、管道加工困难,且系统运行阻力大,能耗偏高

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图2　竖埋管的3种形式

2土壤源换热器传热模型

埋地盘管对土壤的取(放)热率大小随着建筑物负荷的大小及室外气象参数的改变而变化,同时取(放)热过程又将改变土壤初始温度的分布,因此,埋地盘管的传热是典型的不稳态传热过程。为

图1　土壤源热泵空调系统工作原理图

简化计算,我们做了如下假设:①土壤温度不受外界环境温度的影响;②载热流体的平均温度不变,单位长度换热盘管的取热量恒定;③埋地盘管管径很小,管长很长;④在整个传热过程中,土壤的物理成分、热物性及土壤中水分的形态保持不变。这样,土壤埋地盘管在土壤中的传热可看作是无限长土壤柱的传热

土壤源换热器根据埋管方式的不同,可分为水

平埋管,垂直埋管和螺旋型埋管三大类。其布置形式如图2所示,其中a为水平埋管形式,该形式适用

基金项目:河北省教育厅资助项目(2003209)

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