地源热泵地下套管式埋管换热器性能研究

【摘要】： 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三维传热数学模型，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，地源热泵经历三个月开机运行和三个月停机过渡季后，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。