地源熱泵垂直埋管換熱器換熱性能的實驗研究

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1、地源熱泵垂直埋管換熱器換熱性能的實驗研究張鑫王泮浩王新軻馮琛琛姜宇光西安交通大學建筑節(jié)能研究中心摘要：本文建立了地源熱泵砂箱實驗臺，對地埋管進口水溫、流速對埋管換熱器換熱性能的影響進行實驗研究。實驗結(jié)果表明：在一定條件下，地埋管進口水溫和管內(nèi)流量的增加都會增強地埋管的換熱性能及熱作用半徑。關(guān)鍵詞：地源熱泵彩響因素實驗研究ExperimentalStudyofVerticalBoreholeHeatExchangerofGSHPZHANGXin,WANGFeng-hao,WANGXin-ke,FENGChen

2、-chen,JIANGYu-guangBuildingEnergyResearchCenter,Xi'anJiaotongUniversityAbstract:Ground-SourceHeatPumpsandboxtestareestablishedtostudythefactorswhichinfluencetheperformanceoftheheatexchanger,suchastheinletwatertemperature,flowrate.Theexperimentalresultsshow

3、thatundercertainconditionstheincreaseoftheinletwatertemperatureandflowratewillenhancetheperformaneeofgroundsourceheatexchangerandradiusofthermaleffect.Keywords:Ground-Sourceheatpump,influencefactors,experimentalresearch收稿日期:2010-11-12作者簡介：張鑫（1988?），男，碩丄研究牛

4、；西安交通人學建筑節(jié)能研究屮心（710049）；E-mail:zhangxin.hvac@stu.xjtu.edu.cn基金項目：中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項資金（xjj20100078）0引言地源熱泵技術(shù)是一種高效節(jié)能、壞保、可再主供能的空調(diào)冷熱源新技術(shù)。它主要利用淺層土壤的蓄熱特性，在夏季時，將室內(nèi)的熱量導入地下，達到降低室內(nèi)溫度的目的，在冬季時，將地下的熱量供給室內(nèi)使用來提高室內(nèi)的溫度，如此循環(huán)利用地埋管換熱器是地源熱泵系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。其換熱過程是一個復(fù)雜的非穩(wěn)態(tài)的過程。影響英換熱性能的主要因素有：土壤

5、的物理特性（密度、比熱、濕度等）、管內(nèi)工質(zhì)流量、工質(zhì)進口溫度、鉆孔的相關(guān)參數(shù)（數(shù)量、回填材料、布置形式等）、地下水滲流等W本文針對以上工程問題，搭建了地源熱泵砂箱實驗臺，并對不同管內(nèi)流量、進口水溫的變化對換熱器換熱性能的影響做實驗研究，以期得到可以指導實際工程的結(jié)論。1實驗臺搭建本文搭建如圖1所示的沙箱實驗臺，沙箱尺寸為1.5mxl.2mxl.6m（長x寬x高）。箱體中部（見A?A面）埋設(shè)長度為3m,外徑為25mm的復(fù)合鋁犁管，埋管進出口與電加熱水箱相連。為了模擬冇地下水滲流存在的地埋管換熱器的工作環(huán)境，砂

6、箱上、下均設(shè)冇水箱。上部水箱用鋼板焊接而成，下部水箱少箱體為一整體，其上部放置承重鋼板，將砂體和水箱分隔開。為了保證滲流的穩(wěn)定性和均勻性，在砂土與上部水箱之間鋪設(shè)了3層紗布，承重鋼板上鋪設(shè)一層鋼絲網(wǎng)及一層紗布，以防止砂土的滲漏，同時使整個橫斷面上的滲流更加均勻。考慮到滲流的連續(xù)性和穩(wěn)定性，上部水箱與一個高位水箱相連，作為滲流水源，下部水箱與一個低位水箱相連。水箱位置的高低及紗布層數(shù)是調(diào)節(jié)滲流大小的兩種方法。用一個可調(diào)節(jié)的進水管與高位水箱相接，以維持水箱的液面高差，保證滲流的穩(wěn)定性。高低位水箱的尺寸均為250

7、nim（長）x250mm（寬）x200mm（鬲）。圖1實驗臺示意圖在砂箱中的B-B截而（圖1）U型管周圍敷設(shè)有31個K型熱電偶，用來測量土壤的溫度場，具體布置見圖2,期用一支熱電偶測試環(huán)境溫度，同時采用高精度的熱電阻PtlOO測最埋管的進出口水溫。溫度傳感器的數(shù)據(jù)采集分別采用ADAM-4018和ADAM?4015。流最的測量采用渦輪轉(zhuǎn)子流量計LWGY-15,所有的信號數(shù)據(jù)均由電腦實時采集。17#25#23#2U圖2熱電偶的布置示意圖2實驗結(jié)果及分析2.1進口水溫度對埋管換熱器性能的影響圖3為測點13的溫度隨

8、時間的變化圖，實驗屮U型管內(nèi)水流量為1.020nWh,取不同的進口水溫。測點13距進水管最近，因而最具代表性。從圖3中可以看岀，隨著進口水溫升高，測點13的溫升速率逐漸提高，運行一段時間后，溫度趨于平穩(wěn)，與實際經(jīng)驗相符。圖4顯示了地埋管進出口溫羌隨不同進口水溫的變化。從圖4可以看出，地埋管進口水溫升高，進出口溫差增大，換熱量增加，并且在所測范圍內(nèi)進口水溫與進出口溫差有良好的線性關(guān)系。圖3測點13在不同進口水溫時溫