土壤源热泵地埋管换热器计算模型研究.docx

土壤源热泵地埋管换热器计算模型研究摘要：根据地埋管换热器传热机理建立计算模型钻孔内部采用稳态导热解析解钻孔外部采用数值计算结果；通过MATLAB软件计算得到地埋管换热器出口温度编程计算值与实测值误差均在5%以内波动平均误差为1.7%可以认为所建立的地埋管换热器计算模型基本正确适用于对地埋管换热器的计算。关键词：土壤源热泵系统；地埋管换热器；井壁温度1.引言根据报告[1]中所述：将我国热泵的发展分成了起步、推广及快速发展3个阶段加上国家政策对可再生能源应用的大力支持使得土壤源热泵系统的应用在我国有了较好的发展趋势。地埋管换热器作为土壤源热泵系统最大的换热部件它的换热性能直接影响到整个土壤源热泵系统的能效特性。本文就土壤源热泵地埋管换热器模型进行深入研究同时对所建立的模型进行验证希望可以为地埋管换热器的设计提供一定的参考。2.地埋管换热器传热计算模型钻孔内部采用稳态导热解析解钻孔外部采用数值计算结果。模型假设：1）将钻孔内部看作稳态导热；2）忽略接触热阻；3）土壤的热物性参数、回填材料导热系数、地埋管换热器流量基本保持不变；4）忽略沿着地埋管深度方向的热传导；5）忽略地下水流动对地埋管换热器换热量的影响。2.1钻孔内部模型冬季工况假设在沿地埋管换热器深度方向z深度处两根管的温度分别为tf1（z）和tf2（z）即f1、f2分别为地埋管换热器进出流体。钻孔内井壁对两根埋管单位长度的热流密度分别为q1和q2两根管之间的换热量为q21井壁平均壁温tb[2]代替冬季工况钻孔内部热量传递关系见图1。两根埋管分别与钻孔壁之间的传热热阻、以及两根地埋管之间的传热阻表达式可以根据规范[2]得到；M=cpm为循环流体热容量J/（kg・℃）m为U形管内部循环流体的质量流量。夏季地埋管换热器进出口温度与之间的关系表达式与冬季表达式类似。2.2钻孔外部模型2.3地埋管换热器模型验证笔者于2012年夏季对都市之门土壤源热泵系统进行实际调研通过现场在线仪表采集了热泵机组进、出口循环水的温度流量等参数计算土壤源热泵夏季逐时放热量。采用MATLAB软件进行地埋管换热器夏季工况土壤温度场的计算将得到的钻孔井壁温度同钻孔内部模型进行耦合计算得到地埋管换热器出口水温的编程计算值以9月份为例地埋管换热器出口温度实际测量值与编程计算值误差见图2所示。从图2可以得到由于在每天刚开机时机组运行不稳定造成开机第一个小时误差较大去掉该误差误差均在5%以内波动平均误差为1.7%在工程允许误差范围之内。因此认为所建立的地埋管换热器计算模型基本正确该模型适用于对其它工程的计算。6.结论6.1建立了地埋管换热器换热模型使用MATLAB软件实现了模型的模拟计算。6.2地埋管换热器出口温度实际测量值与编程计算值误差均在5%以内波动平均误差为1.7%验证了模型的正确性。7.参考文献[1]徐伟.中国地源热泵发展研究报告（2008）[M].北京：中国建筑工业出版社2008：319.[2]GB50366-2009.地源热泵系统工程技术规范（2009年版）[S].北京：中国建筑工业出版社2009.[3]曲云霞.地源热泵系统模型与仿真.博士论文[D].西安：西安建筑科技大学2004.[4]袁艳平曹晓玲雷波张丹.变热流边界条件下单U形地埋管换热器的非稳态传热特性[J].暖通空调专题研讨.200939（12）：10-15.