螺旋型地埋管換熱器換熱性能的研究.pdf

1、地源熱泵系統(tǒng)是利用土壤能夠儲(chǔ)蓄巨大熱量和冷量的特性而進(jìn)行供熱、制冷的一種節(jié)能環(huán)保技術(shù)。近些年來，隨著世界能源危機(jī)和環(huán)境污染問題的日益嚴(yán)重，該技術(shù)得到了越來越多的關(guān)注和應(yīng)用。地埋管換熱器的換熱性能與投資是影響地源熱泵系統(tǒng)發(fā)展的關(guān)鍵因素，傳統(tǒng)的豎直U型埋管鉆孔費(fèi)用高而且施工難度大，不利于地源熱泵的推廣。為此出現(xiàn)了一種新的地源熱泵換熱器——螺旋型埋管，該換熱器具有換熱效能高和施工成本低的優(yōu)點(diǎn)，因此逐漸受到業(yè)內(nèi)的重視。本文對(duì)應(yīng)用廣泛的樁基螺旋型

2、埋管和水平螺旋型埋管的換熱性能進(jìn)行了數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)測(cè)試，探討了兩種螺旋型埋管換熱器換熱性能的影響因素及其優(yōu)化措施。
　　理論方面，建立了樁基和水平螺旋型埋管的傳熱模型，探討了樁基直徑、樁基深度和螺旋組數(shù)對(duì)樁基螺旋型埋管換熱性能的影響規(guī)律，結(jié)果表明:增加樁基直徑、樁基深度和螺旋組數(shù)有利于提高換熱器的換熱量。同時(shí)土壤類型對(duì)樁基和水平螺旋型埋管換熱性能有一定的影響，比熱容和導(dǎo)熱系數(shù)高的土壤有利于提高埋管的換熱性能，粘土、沙土和巖土三種土

3、壤中巖土最有利于兩種螺旋型埋管換熱。對(duì)于水平螺旋型埋管，當(dāng)?shù)叵滤痪€高于4.2m時(shí)，地下水位線、地下水滲流速度和飽和土壤的孔隙率增加，換熱器換熱量增加;當(dāng)?shù)叵滤痪€低于4.2m時(shí)，地下水滲流對(duì)水平螺旋型埋管換熱器換熱性能影響較小。
　　實(shí)驗(yàn)方面，基于相似理論搭建了樁基和水平螺旋型埋管的模型實(shí)驗(yàn)臺(tái)，開展了不同工況下樁基和水平螺旋型埋管換熱性能和土壤溫度分布的實(shí)驗(yàn)測(cè)試。結(jié)果表明:增加進(jìn)口水溫可以增加兩種螺旋型埋管的換熱量，但是容易導(dǎo)致

4、土壤溫升速率和幅度增加，因此要根據(jù)實(shí)際運(yùn)行工況確定合適的進(jìn)口水溫;同時(shí)，間歇運(yùn)行模式有利于兩種螺旋型埋管周圍土壤溫度恢復(fù)，提高埋管換熱效率。對(duì)于樁基螺旋型埋管，減小埋管螺距可以增加換熱量，但是土壤溫升速率和幅度會(huì)上升，單位管長換熱量會(huì)降低，因此埋管螺距不能無限減小;此外，增加樁基的比熱容有利于提高換熱器總換熱量，但是會(huì)使土壤溫度恢復(fù)速率降低。對(duì)于水平螺旋型埋管，埋管線圈中心距越小，換熱器換熱量越高，但單位管長換熱量會(huì)降低;同時(shí)，地表風(fēng)速