地下水渗流对地源热泵地埋管换热及土壤的影响

发布时间：2019-08-13 16:27

【摘要】：随着地源热泵的大规模推广,地埋管换热器换热效率下降,系统能效比不高等问题逐渐显现。造成此现象的原因之一是土壤温度未在设计工况下运行,使得土壤吸热量和排热量不平衡,降低了换热效率。许多工程案例运行结果表明,由于地下水渗流的存在,地源热泵在冷热不平衡的状态下仍然能够很好地运行。而且,土壤也可在热扩散和地下水渗流共同作用下经过若干年(通常是2~4年)后重新取得平衡。因此确定地下水渗流速度及方向尤为重要。在之前的研究中,地下水渗流虽有利于换热,但只是通过热响应实验将其换算成土壤导热,这个做法是不合理的。地埋管换热应分为两种:热扩散和热对流。热扩散是土壤与双U管间的传热作用,热对流是地下水渗流与双U管间的传热作用。它们属于两种传热机理,应分别考虑。本文旨在得到地下水渗流速度及方向的数值,因此本文研究内容如下:(1)提出一种利用改进热响应实验测算地下水渗流速度和方向的方法,该方法是在传统岩土热响应实验装置的基础上,添加一组温度监控装置,利用监测到的数据分析计算从而确定地下水渗流的速度和方向。此温度监控装置包含两组温度传感器,分别位于含水层(34m)和非含水层(26m),每组温度传感器包含八个温度传感器,呈圆形均匀分布在井壁周围,以此来测量地埋管附近的温度分布。(2)在上述方法的基础上搭建改进热响应实验平台并进行热响应测试。土壤初始温度测试时,循环水进出水温度传感器测得温度为18.9℃,土壤中温度传感器测得34m处为18.6℃,26m处为18.3℃。(3)在恒定热流加热测试阶段,对某一时刻八个点的温度值拟合可得到该时刻地下水渗流的方向,同理对所有数据进行拟合可得到当地地下水渗流方向为西偏北28.35°→东偏南28.35°。(4)采用Gambit软件对地埋管换热器进行三维建模,非含水层处设置为固体区域,无地下水渗流;含水层处有地下水渗流设置为多孔介质区域,另外按照实际地下水渗流方向设置一组地下水渗流速度,通过Fluent软件对该过程进行模拟,对比含水层处八个点的模拟温度值和实测温度值得到该地区地下水渗流速度为38.9m/a。(5)提出一套地源热泵设计-校核体系,并通过工程实例具体阐述。
【图文】：

图 1-1 GSHP系统供暖原理图Fig 1-1 system Heating principle diagram地埋管地源热泵分类埋管位置不同分为两类，如图 1-2 所示。平埋管埋管就是在水平面下较浅处横向埋设管道（一般为 3～15m），如图 埋管式管道埋设在浅层土壤中，，开挖费用低，初投资低，但是 3～15层，受天气变化影响较大，而且需要很大的地表面积敷设，因此在实多。直埋管埋管与水平相反，竖向埋设管道，需要进行钻孔处理，因此初投资比照管道形状及数量的不同，可分为图 1-4 中几种类型；按照钻孔深种型式：土壤30m以上的浅埋型、31～ 8 0m之间的中埋型和地表80m水平埋管不同的是，竖直埋管占地面积少，并且埋管深入土壤恒温层

Fig 1-1 system Heating principle diagram源热泵分类不同分为两类，如图 1-2 所示。在水平面下较浅处横向埋设管道（一般为 3～15m），道埋设在浅层土壤中，开挖费用低，初投资低，但是 气变化影响较大，而且需要很大的地表面积敷设，因此平相反，竖向埋设管道，需要进行钻孔处理，因此初投状及数量的不同，可分为图 1-4 中几种类型；按照钻土壤30m以上的浅埋型、31～ 8 0m之间的中埋型和地表不同的是，竖直埋管占地面积少，并且埋管深入土壤恒夏季排热量相平衡，否则有可能影响到以后 系良好，竖直埋管应用普遍。
【学位授予单位】：北京建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TU463;TU83

【参考文献】

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本文编号：2526228