地源热泵计算.doc

?对武汉地质构造特点，对地下一定深度的温度场进行研究，并对地埋管的换热设计计算中的若干问题进行了研究，在简化计算换热模型的基础上，在Excel 上用VBA 编写宏功能，得到实用的地埋管换热的工程设计计算方法，是一种工程易用的计算软件。同时将这种计算方法应用到了一个实际工程中。0 前言?????地埋管地源热泵空调系统由土壤换热器、热泵主机和空调末端三部分组成，其中系统的关键是土壤换热器的设计与施工。在现有的工程实践中，垂直地埋管方式居多。这是因为垂直地埋管要比水平地埋管经济一些。?????土壤换热器的设计计算要根据实测岩土体及回填料热物性参数，采用专用软件进行计算，或者按《地源热泵系统工程技术规范》附录B的方法进行计算。由于上述两种方法在工程应用中都有诸多不便，在实际工程设计中并不实用。一般工程设计都常用指标法。为了保证计算结果安全可靠，在此，对现有的方法作了一些改进，在EXCEL上用VBA 编写宏功能，得到一种工程上易用的计算软件，并应用于工程实践。通过一个实际工程来验证计算的正确性。1 地质条件及温度场 1.1 地勘柱状图及温度分布?????图1 为武汉市汉口的一个工程的地质条件及岩土体的情况，图2 为武汉市汉阳的一个工程的地质条件及岩土体的情况。图3 为工程一地下温度场分布曲线图，图4 为工程二地下温1.2 测试结果分析?????由现场测试的结果可知：两工程地区跨度大，地质结构也有所不同，但地下平均温度却变化不大。工程一所在地的地下平均温度为18.4 度，工程二所在地的地下平均温度为19.4 度。由此可知，地区跨度较大，但地下的平均温度基本稳定在18度到19 度之间。2 换热计算及其若干问题2.1 换热计算中几个问题的简化处理?????（1）沿垂直方向，不同地质结构，分别计算 换热。?????（2）进出口温差，沿垂直方向，根据地质结构不同分段，确定热交换温度。 （3）冬夏季进出口初始设计温度，按最不利情况考虑。?????（4）埋管管井距，按3mH6m 考虑。 2.2 计算公式?????（1）传热介质与U 形管内壁的对流换热热阻计算公式??????????式中Rf?— 传热介质与U形管壁的对流换热热阻，?????m﹒K/W；?????di?— U 形管的内径，m；?????K — U 形管内壁的对流换热系数，W/(m2﹒K)； （2）U 形管管壁热阻计算公式???????????????式中Rpe?— U 形管管壁热阻，m﹒K/W；?????λp?— PE 管的导热系数，W/(m2﹒K)；?????do?— U 形管外径，m ；?????di?— U 形管内径，m ；?????de?— U 形管当量直径，m ；对单U 管，?????n=2；双U 管，n=4。 （3）钻孔灌浆回填材料的热阻计算公式??????????式中Rp?—钻孔灌浆回填材料的热阻，m﹒K/W ；?????λb—灌浆材料导热系数，W/(m2﹒K)；?????db?—钻孔的直径，m。 （4）地层热阻计算公式?????讨论单个钻孔，计算公式为：??????????对于多个钻孔：?????其中Rs—地层热阻，m﹒K/W ；?????I— 指数积分公式；?????λS?— 岩土层的平均导热系数，W/(m2﹒K)；?????a — 岩土体的热扩散率，m2/s ；?????rb?— 钻孔半径，m ；?????τ — 为运行时间，s ；?????xi?— 第i 个钻孔与所计算钻孔之间的距离。 （5）单个孔的传热量计算公式??????????式中Q— 单孔的传量，W；?????Ri?— 各个地层的总热阻，m﹒K/W；?????Li?— 各个地层的长度，m；?????Δt — 各个地层的平均温度与各地层管内平均温度的差值；?????i — 各地层号。 ?（6）打孔数量计算公式??????????式中： N — 打孔的数量，个；?????Q — 每台地源热泵机组额定制冷量；KW；?????Qj?— 每台地源热泵机组额定电功率，KW（冬季Qj?=0）；?????Q — 单个孔的传热量；W。 2.3 计算程序编写?????计算程序的编写是在对计算模型进行简化后，在EXCEL上用VBA 编写宏功能而成。此计算软件简单好用。2.4 计算公式中需要说明的问题2.4.1 U 形管内壁对流换热系数的确定?????对于U 形管内壁对流换热系数，可用下述的方法来计算：?????制冷工况：当管内流体温度tf大于管壁温度tw时；?????Nf=0.023Ref0.8Prf0.3?????制热工况：当管内流体温度tf小于管壁温度tw时；?????Nf=0.023RRef0.8Prf0.4?????式