垂直埋管地热换热器的传热模型与计算.pdfVIP

建筑热能通风空调 ·1 · ·专 　　论· 垂直埋管地热换热器的传热模型与计算 ☆ 柳晓雷 　王德林　方肇洪 ( 山东建筑工程学院) [摘要] 　讨论垂直埋管地源热泵地热换热器的传热模型 ,给出了一维圆柱面模型的解析解。 将该解析解与目前常用的线源模型解做了比较 ,指明了线源模型的适用条件 ;与常热流半无限大平 壁解的比较 ,得到了小傅里叶数时该解析解的近似公式。 [ 关键词] 　地源热泵 　地热换热器 　传热模型 看作一均匀恒定的线热源。但从理论研究的角度 1 　前言 看 ,无限大区域中的圆柱孔的传热更接近实际 ,也具 热泵就是用冷凝器放出的热量来供热的制冷系 有研究的价值。对于 U 型管的形式 ,也有学者用当 统 。随着人们认识到矿物燃料必将趋于枯竭以及矿 量直径的方法将两根管子表示为一根管子。因此本 物燃料燃烧带来的严重环境污染 ,具有显著节能、环 文拟就常热流圆柱孔的模型进行研究。 保特点的热泵得到了迅速发展[1 ] 。热泵作为节能装 置 ,主要体现在它可以将一些不能直接利用的低品 位能源变成高品位能源而加以利用 ,而且每消耗一 单位电能可提供数倍的采暖用热能。热泵常用的低 ( ) 品位能源有空气、河 湖 水、土壤、废热等。相比于 ( ) 其它 ,土壤源 地源 热泵有其特殊的优点 ,如温度恒 定 ,无需除霜 ,无噪声 ,更少维护费用 ,适用范围广 等 ,即更加节能与环保 ,因此地源热泵正受到越来越 多的重视。 地源热泵都有一地热换热器 ,其地下管路可以 水平布置或垂直布置。本文主要讨论垂直埋管的地 图 1 　土壤中的圆柱状钻孔 热换热器 ,其形式有 U 型管、同心管等。它们都需 2 　圆柱孔传热模型与求解 要打一圆柱状钻孔 ,如图 1 所示 ,将管子埋设于钻孔 中 ,并将孔回填。在采暖工况下 ,工质在管中流动提 设钻孔的半径 r = r0 ,孔壁处有一恒定热流 q1 。 λ 取土壤中的热量供热泵蒸发器使用 ;制冷工况下 ,工 设土壤热物性为 :导热系数 ,导温系数 a ,初始 质将从热泵冷凝器中得到的热量带到地下传给土 温度为 t0 ,则此问题的数学描述为 : 2θ θ θ 壤。 1 1 2 + = 　　r0 r ∞ 这种地热换热器与土壤之间的传热是非稳态、 r r r a τ 无限大区域内的传热 ,过程十分复杂。理想情况下 , πλθ τ ( 1) - 2 r0 r = q0 　 　r = r0 , 0 传热模型应能描述土壤热物性、密度、温湿度、管材、 θ τ 管径、管中流体物性、流速等诸多因素对