土壤源热泵地埋管换热实验研究.pdf

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1、第25卷第3期华中科技大学学报(城市科学版)VO1．25NO．32008年9月J．ofHUST．(UrbanScienceEdition)Sep．2008土壤源热泵地埋管换热实验研究於仲义，胡平放，袁旭东(华中科技大学环境科学与工程学院，湖北武汉430074)摘要：在不同的钻井和埋管结构中，利用实验装置及测试系统运行不同地埋管进水温度、进水流速等数种工况，根据土壤源热泵地埋管实际运行的测试结果讨论地埋管进水温度、流量、埋管类型、钻井深度以及运行方式对单位井深换热量的影响。实验表明，提高进水温度、流量、钻井深

2、度以及选择合适的埋管类型可增强地埋管换热能力，间歇运行方式能够最大程度利用土壤蓄能特性，使地埋管始终能够高效换热，相比连续运行提高了33．9％，但进水温度、流量和钻井深度不能无限增大，其大小的选择需要考虑土壤源热泵主机运行性能和经济性。关键词：土壤源热泵；地埋管；单位井深换热量中图分类号：TQ051．5文献标识码：A文章编号：1672—7037(2008)03—0157—05对于土壤源热泵系统设计而言，地埋管换热需要对土壤源热泵地埋管换热过程进行现场测试器的传热分析主要是保证在土壤源热泵整个生命以获得可靠设

3、计所需的基础数据J。周期中循环介质的温度都在设定的范围内，设计本文利用实验室的土壤源热泵系统实验平台者根据这一目标选择地埋管换热器的布置形式并现场测试地埋管换热器的传热性能，分析在不同确定埋管的总长度。由于地下传热的复杂性，很钻井及埋管结构和运行条件下地埋管单位井深换难精确建立埋设于土壤中的地埋管传热模型，使热的变化规律，为土壤源热泵系统的优化设计提地埋管的设计长度过大或过小【l】，相应地增加土供技术指导。壤源热泵项目的初始投资或降低热泵主机的运行性能，不利于土壤源热泵技术的推广应用。1实验装置与测试系统目

4、前，较普遍的工程设计方法是根据单位井深换热量以及热泵主机的运行参数要求设计地埋根据实际工程中较普遍使用的垂直U型地埋管换热器的结构和尺寸I引，而在一定的进口温度管换热器建立土壤源热泵系统实验台架，用于土条件下地埋管换热器单位长度换热量主要取决于壤源热泵运行时整个系统性能和独立地埋管换热周围土壤的导热系数。如果土壤导热系数有10％性能试验。整套实验装置和测试系统详细情况参的偏差，根据单位长度换热量设计出的钻井深度阅文献[8，9】。冷热源中的较高温度(夏季)或较就会变化约5J。更重要的是，不同地域的土低温度(冬

5、季)的循环水，在循环水泵驱动下流壤成分有很大差别，而且其含水量也一直在变化，至U型地埋管中，沿程与周围土壤进行热量传递即使在同一地理位置，整个井是由不同质地的岩后又回到冷热源装置中，实现地埋管与土壤之间土层组成，依据土壤样品类型查取l4】或探针法测的传热，根据地埋管进出口水温差以及水流量可量J一般很难获得详细的地质结构和土壤热物性分析地埋管的换热能力。资料。根据有关理论求取单位长度换热量的准确单位井深换热量指的是每单位钻井深度下地性与所确定的土壤热物性的精度相关}6]，而且也埋管换热器中流体与周围土壤交换的

6、热量，可用存在着计算模型自身简化所产生的误差，使得土来衡量地埋管在热量传递过程中换热能力的高壤源热泵技术本有的优点因地埋管换热器的设计低，是地埋管换热器设计中最重要的数据，它是失误而很难体现。这种测量上的困难和不确定性确定地热换热器容量、热泵参数，选择循环泵流收稿13期：2008—03—05作者简介：於仲义(1977一)，男，湖北黄梅人，博士研究生，研究方向为地源热泵系统理论与技术应用，yuzhongyi9551@163．com。基金项目：武汉市建委项目(200624)；武汉市科技局项目(200660020

7、51)。·158·华中科技大学学报(城市科学版)2008年量与扬程、计算地埋管数量与尺寸等的依据[1们。单位井深换热量从44．6W／m上升到52-3W，m，单位井深换热量估算偏大，必然导致埋管量偏小、增加了17．3％；冬季工况中将地埋管进水温度从循环液进出口温度难以达到热泵的要求，结果导1O℃降低到8℃时，地埋管换热能力变化趋于平致热泵实际的制热、制冷量远低于其额定值，使缓时单位井深换热量从34．8W／m上升到4O．5系统达不到设计要求。单位井深换热量指标可按W／m，增加了16．4％。但是，当地埋管进水温度

8、下式计算：供热工况时较低或制冷工况时较高，虽然可以使换热加强，减小换热器的设计容量，但同时相应qH=Gcp(一ti．)／日(1)的热泵主机换热条件变得恶劣，热泵机组的COP式中，钿为单位井深换热量，W／m：G为水流量，值会变低，甚至不能正常工作。这就需要在实际kg／s：Cp为流体比热，J／(kg·℃)；ti为流进地埋管工程设计中根据热泵机组的出口水温设计合适的水温，℃；tom为流出地埋管的水温，℃；H为的地埋管系