U型垂直地下埋管换热器地源热泵全年实验研究与传热模型

【摘要】：地下埋管换热器的地源热泵系统，是一项以节能和环保为特征的最具有发展前途的空调技术，是国际空调和制冷行业的前沿课题之一。推广和应用地源热泵的关键技术之一是完善地下埋管换热器的传热模型，使其更好的模拟地下埋管换热器的真实传热过程。本文在总结了国内外研究发展现状和几种典型的垂直埋管换热器传热模型的基础上，针对重庆地区，采用50mU型垂直埋管换热器进行了为期一年的冬夏暖冷联供测试和过渡季地温恢复测试。 本文介绍了地源热泵系统全年冬夏暖冷联供间歇运行测试及过渡季地温恢复测试结果，与原始地温相比地温仅升高了0.07℃。如果只进行冬季供热运行，比较冬-夏地温恢复值和原始地温值，平均降低了0.96℃。结果表明，全年冬夏暖冷联供比单独冬季供热更有利于地温的恢复。本文还介绍了夏季制冷工况时，不同运行时间、不同灌浆材料、不同钻井交替运行对埋管换热的影响，并通过实验研究U型埋管换热器两腿热短路的现象。介绍了线性加权和法确定土壤的初始地温，与实测值相比，绝对误差为0.136℃，相对误差为0.69％。 本文先对单个钻孔进行研究，对钻孔外和钻孔内分别提出了一维(径向)线热源瞬态传热模型和稳态传热模型，并通过脉冲热流的分析，使用叠加原理考虑了变热流的情况，此外还考虑了热泵机组的间歇运行工况。在单个钻孔传热模型的基础上，采用叠加原理建立了多个钻孔的传热模型。使用该模型计算出的结果与实测值相比，平均误差2.48％，最大误差7.87％。表明该模型具有较高的合理性和实用性。 本文分析了引起钻孔壁温度变化的各种因素，还分析了钻孔壁温度随运行时间的变化趋势。介绍了钻孔热阻中，灌浆热阻、埋管管壁热阻和循环流体对流换热热阻分别对埋管换热的影响大小；分析了U型埋管换热器两腿在钻孔中不同位置对埋管换热的影响；分析了层流换热和紊流换热对埋管换热的影响；介绍了采用实验方法来确定钻孔热阻的大小。此外还介绍了钻孔热阻和土壤热阻分别对循环流体温度变化的影响大小。