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地埋管换热器分区运行对土壤热堆积特性影响的研究

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热科学与技术 2018年第4期17卷 259-266页

作者：郭春梅杜琪琪马玖辰汤本霖由玉文天津城建大学能源与安全工程学院

为了缓解埋管区域土壤的热量堆积问题，提出了埋管换热器按内中外、块状、间隔三种分区运行的策略，利用CFD软件建立了10×10的井群换热模型，对地源热泵系统在三种分区与不分区运行策略下运行十年进行数值模拟，分析不同分区运行策略... 详细信息

为了缓解埋管区域土壤的热量堆积问题，提出了埋管换热器按内中外、块状、间隔三种分区运行的策略，利用CFD软件建立了10×10的井群换热模型，对地源热泵系统在三种分区与不分区运行策略下运行十年进行数值模拟，分析不同分区运行策略对土壤温度分布和土壤热堆积特性的影响。模拟结果可知：不分区、内中外分区、块状分区、间隔分区四种运行策略下埋管区域的平均温度分别为25．23、23．31、23．06、23．28℃，最高温度分别为40．62、32．77、40．65、38．93℃；分区运行较不分区运行可以有效缓解热堆积作用，埋管区域整体温度较不分区运行时降低了2．00℃左右，内中外分区策略可以显著缓解埋管区域热堆积。

关键词：地源热泵地埋管换热器土壤热堆积分区运行

一种可适于夏热冬冷地区的新型混合式土壤源热泵系统

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建筑科学 2015年第8期31卷 58-64页

作者：李康陈超尚朋媛蔺洁吴金顺王宽金飞北京工业大学建筑工程学院北京100124 中铁建设集团有限公司北京100040

针对夏热冬冷地区建筑夏季空调冷负荷往往大于冬季空调供暖负荷,采用地源热泵系统容易产生土壤"热堆积"问题,提出了一种利用冷却塔过渡季节土壤补偿蓄冷的新型混合式土壤源热泵系统;并根据地埋管换热器有限长线热源理论、热流叠加原理... 详细信息

针对夏热冬冷地区建筑夏季空调冷负荷往往大于冬季空调供暖负荷,采用地源热泵系统容易产生土壤"热堆积"问题,提出了一种利用冷却塔过渡季节土壤补偿蓄冷的新型混合式土壤源热泵系统;并根据地埋管换热器有限长线热源理论、热流叠加原理、冷却塔热湿交换原理,构建了关于该系统的热工性能评价模型;进一步以中国南京地区某住宅小区土壤源热泵系统为应用案例,将所提出的系统与传统的单一土壤源热泵系统进行了比较分析。结果表明,所提出的基于冷却塔过渡季节土壤补偿蓄冷的混合式土壤源热泵系统土壤热恢复方法,可有效缓解由于系统向地下土壤全年排热与取热不平衡而导致的土壤"热堆积"问题,研究结果可为地源热泵技术在夏热冬冷地区的高效应用提供优化设计与节能运行参考。

关键词：夏热冬冷地区土壤源热泵系统土壤热堆积冷却塔过渡季节土壤补偿蓄冷评价方法

土壤源热泵系统换热器传热特性影响因素研究与优化设计

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土壤源热泵系统换热器传热特性影响因素研究与优化设计

作者：宋尚平青岛理工大学

学位级别：硕士

土壤源热泵系统利用埋设于地下的换热器与土壤交换热量，提升了可再生浅层地热能的能量品位。目前对于热泵系统的研究主要集中在地埋管换热器上，对如何保证系统的可靠运行等方面一直没有大的突破。因此，针对土壤热泵系统寿命周期内的... 详细信息

土壤源热泵系统利用埋设于地下的换热器与土壤交换热量，提升了可再生浅层地热能的能量品位。目前对于热泵系统的研究主要集中在地埋管换热器上，对如何保证系统的可靠运行等方面一直没有大的突破。因此，针对土壤热泵系统寿命周期内的运行工况开展深入研究是一项具有理论价值与实际价值的课题。本文通过分析影响埋管换热、土壤温度及机组COP的因素，进而研究系统运行状况。具体工作内容如下：首先，本文建立了两区域实心圆柱地埋管换热器模型、热泵机组模型、水泵及建筑物的数学模型，借助计算机编程将各模型集成为完整的土壤源热泵系统。考虑到常热流模型理论的缺陷，文中通过引入叠加原理、阶跃负荷及孔洞热阻理论将其发展为变热流模型，利用已建试验台以及温度采集系统对一个供暖季进行数据采集，将实验数据与模拟结果进行比较，误差均小于15%，验证了本文所建数学模型的正确性、可靠性。其次，本文从影响地埋管换热及系统运行的因素入手，分析了土壤热物性、热媒流速、回填材料导热系数、管材导热系数对埋管换热器换热的影响;着重分析了不同建筑负荷比下、不同管长下、不同钻孔数下土壤源热泵系统运行的可靠性，从而为地埋管换热器的优化设计及空调系统参数匹配提供了理论与技术支持。最后，本文选取钻孔深度和钻孔数量为优化变量，以热泵机组的进口温度建立目标函数，以所建模型为平台，提出了土壤源热泵系统的优化方法，并应用于实例计算。本论文的研究将使土壤源热泵系统的设计更合理，系统运行更可靠，使其在今后的工程实践中得以普遍推广和使用，并且充分发挥自身节能环保的特点，促进暖通行业的发展。

关键词：土壤源热泵系统长期运行土壤热堆积系统优化

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地埋管管群水力及换热时空特性试验研究

地埋管管群水力及换热时空特性试验研究

作者：郑昌金北方工业大学

学位级别：硕士

地热能开发利用是构成我国清洁低碳高效能源体系的重要一环。对于土壤源热泵系统,地埋管管群时空上的土壤热堆积是亟待解决的关键问题之一。时间上,随着运行年限的增加,建筑向土壤储/取热量的差异将不断增大,土壤温度场偏离初始地温的... 详细信息

地热能开发利用是构成我国清洁低碳高效能源体系的重要一环。对于土壤源热泵系统,地埋管管群时空上的土壤热堆积是亟待解决的关键问题之一。时间上,随着运行年限的增加,建筑向土壤储/取热量的差异将不断增大,土壤温度场偏离初始地温的程度也愈发明显;空间上,中心区域土壤温升高于边界区域土壤温升,进一步恶化中心区域地埋管的换热条件。而目前关于土壤热堆积的研究大多忽略地埋管管内传热介质流速差异对地埋管换热的影响,因此,深入探究不同水平管连接方式的水力特性、地埋管换热量和土壤温度场的关系,对缓解时空上的土壤热堆积至关重要。本文首先厘清规范比摩阻计算公式推导过程;其次,搭建土壤源热泵现场测试系统,开展在初始地温和加热工况下地埋管换热器的流量、温度、压降特性试验,得出地埋管修正比摩阻计算公式;再次,探究非集管异程、集管异程、非集管同程、集管同程四种水平管连接方式的流量分配及换热时空特性;最后从时空角度分析了换热量均分和四种水平管连接方式对土壤温度场的影响。研究结果表明:(1)组成地埋管管群之一的双U型地埋管换热器在任意试验井、流量、加热功率和加热时长下,试验比摩阻始终小于规范比摩阻,且二者差值的百分比都大于20%。若采用规范比摩阻设计选型将增大水泵能耗,降低系统效率。依据试验比摩阻推导、拟合、验证修正比摩阻计算公式。修正比摩阻与管内传热介质的密度、动力黏度、流速和管内径的关系为P=0.125rμd.u 。(2)不同水平管连接方式将产生不同的流量和换热量分配趋势,进而导致时空上的土壤热堆积差异。当采用异程连接时,离总干管越近,地埋管流量和换热量越大。系统运行十五年后,土壤温度场在空间上呈现出远近区域的温度分布差异;当采用集管同程连接时,地埋管换热器中间流量小、两边流量大,边界区域与中心区域地埋管井壁处的土壤温度之差相较于地埋管管群换热量均匀分配而言将减小50%,极大缓解空间上的土壤热堆积,有利于土壤温度分布的均匀性;当采用非集管同程连接时,地埋管换热器中间流量大、两边流量小,边界区域与中心区域地埋管井壁处的土壤温度之差相较于地埋管管群换热量均分将增大125%,这将加剧空间上的土壤热堆积。(3)建议采用集管连接方式以缓解空间上的土壤热堆积,若采用非集管连接方式应通过调节二级分集水器阀门以减轻中心区域土壤的换热负担,使土壤温度分布在空间上更加均匀。

关键词：地埋管管群土壤热堆积水平管连接方式水力及换热时空特性修正比摩阻

基于Trnsys的地源热泵+冷却塔复合系统运行特性模拟研究

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节能 2023年第3期42卷 26-29页

作者：王凯鹏韩永亮汪启龙田烨中煤科工西安研究院(集团)有限公司陕西西安710077

针对夏热冬冷地区地源热泵系统的土壤热堆积问题,以淮南市某建筑为研究对象,通过DeST软件对建筑冷热负荷进行全年逐时模拟分析,完成复合系统容量配置,利用Trnsys软件建立地源热泵+冷却塔复合系统仿真模型,并进行模拟计算。结果显示:系... 详细信息

针对夏热冬冷地区地源热泵系统的土壤热堆积问题,以淮南市某建筑为研究对象,通过DeST软件对建筑冷热负荷进行全年逐时模拟分析,完成复合系统容量配置,利用Trnsys软件建立地源热泵+冷却塔复合系统仿真模型,并进行模拟计算。结果显示:系统完全满足建筑供热制冷需求,节能效果明显,年节约能耗3.0×10^(6)kWh,实现了地埋管周围岩土体的冷热平衡,全年土壤热不平衡率19.03%,年温度变化率仅为-0.7%。

关键词：土壤热堆积容量配置地源热泵+冷却塔复合系统

基于TRNSYS制冷工况光伏/热土壤源热泵综合性能研究

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安徽建筑 2023年第3期30卷 87-89页

作者：张季王海涛安徽建筑大学环境与能源工程学院安徽合肥230601

夏热冬冷地区GCHPs长期运行导致热堆积问题是目前阻碍其大规模发展的原因之一,为改善该问题带来的不利影响,利用PV/T系统辅助GCHPs进行联合制冷。采用TRNSYS对PV、GCHPs及PV/T-GCHPs制冷季运行性能进行模拟分析。研究表明:较于PV系统,PV... 详细信息

夏热冬冷地区GCHPs长期运行导致热堆积问题是目前阻碍其大规模发展的原因之一,为改善该问题带来的不利影响,利用PV/T系统辅助GCHPs进行联合制冷。采用TRNSYS对PV、GCHPs及PV/T-GCHPs制冷季运行性能进行模拟分析。研究表明:较于PV系统,PV/T-GCHPs组件平均温度最大降低38.14%,电效率、发电量最大提高22.67%、11.99%;PV/T-GCHPs运行10年后土壤温度最小增幅仅2.2%,较于GCHPs降低5.6%;且三种不同流量工况下运行10年后的COP虽变化不大但比GCHPs最少提高了5.2%。

关键词：夏热冬冷地区土壤热堆积光伏热土壤源热泵复合系统 TRNSYS

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