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1、土壤源熱泵垂直U型埋管換熱器傳熱模型分析研究劉亮1胡寧2王晏平2李雪飛2汪志遠(yuǎn)3（1合肥煙草設(shè)計(jì)院2安徽建筑工業(yè)學(xué)院3海爾集團(tuán)）摘要：對(duì)地埋管換熱器的傳熱過(guò)程進(jìn)行合理分析是保證地源熱泵空調(diào)經(jīng)濟(jì)可靠運(yùn)行和降低其初投資的基本要求，傳熱模型又是傳熱過(guò)程的關(guān)鍵所在，因而確定鉆孔內(nèi)傳熱模型對(duì)于設(shè)計(jì)地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)中的地?zé)釗Q熱器具有重要的意義。在此基礎(chǔ)上本文分析了地源熱泵地下?lián)Q熱器的三種傳熱模型，導(dǎo)出了其解析式，并對(duì)比分析了各種模型的優(yōu)缺點(diǎn)，為地下?lián)Q熱器的設(shè)計(jì)和分析提供了更精確的方法。關(guān)鍵詞：地?zé)釤岜孟到y(tǒng)垂直U型管換熱器傳熱模型熱阻Dicussiononm
2、odelsofverticalU-tubeheatexchangerforground-sourceheatpumpsystemsByLiuLiang1,HuNing2,WangYanping2,LiXuefei2,Wangzhiyuan3(1HefeiDesignInstituteofTobacco,2AnhuiUniversityofArchitecture,3HaierGroup)Abstract:Thegroundsourceheatpumpsystemfeaturesitsgroundheatexchanger,whichcontri
3、butestoasubstantialportionofitsinitialcost.Theheattransfermodelisveryimportant,soitiscrucialtodeterminetheheattransfermodelwithhigheraccuracyforcost-efficientapplicationsofGSHPs.Thispaperistoanalysethreetransfermodelsoftheheattransfersofground-sourceheatpumpandconcludeeachan
4、alyticalsolutionandcomparedwitheachother,itgivesamoreaccuratemethodtodesignandanalysetheheattransfers.Keywords:ground-sourceheatpumpsystems;verticalU-tubeheatexchanger;heattransfermodel;thermalresistance0引言地源熱泵以地表能為熱源(熱匯)，通過(guò)輸入少量的高品位能源(如電能)，實(shí)現(xiàn)低品位熱能向高品位熱能轉(zhuǎn)移的熱泵空調(diào)系統(tǒng)。冬季供熱時(shí)，把地表中的熱
5、量“取”出來(lái)，供給室內(nèi)供熱，同時(shí)向地下蓄存冷量，以備夏用；夏季制冷時(shí)，把室內(nèi)熱量取出來(lái)，釋放到地表中，向地下蓄存熱量，以備冬用，因此地源熱泵是可再生能源利用技術(shù)。地源熱泵系統(tǒng)只取熱不取水，沒(méi)有地下水位下降和地面沉降問(wèn)題，不存在腐蝕和開(kāi)鑿回灌井問(wèn)題，也不存在對(duì)大氣排熱、排冷的熱污染和排煙、塵、水等污染，是真正的“綠色能源”。因此開(kāi)展地源熱泵的研究具有較高的理論意義、實(shí)用價(jià)值和社會(huì)環(huán)保效益。與傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)相比，地源熱泵系統(tǒng)多了一個(gè)地下?lián)Q熱器使得初投資較高，這也是地源熱泵系統(tǒng)發(fā)展的阻礙因素之一，綜合國(guó)內(nèi)外地源熱泵的研究現(xiàn)狀，可以發(fā)現(xiàn)地源熱泵技術(shù)研究與
6、應(yīng)用的重點(diǎn)在于對(duì)其地?zé)釗Q熱器的傳熱分析、設(shè)計(jì)方法、安裝技術(shù)以及運(yùn)行工況測(cè)試等方面的研究。由于地?zé)釗Q熱器的設(shè)計(jì)一直是地源熱泵的一個(gè)難點(diǎn)，同時(shí)也是該項(xiàng)技術(shù)研究的核心和應(yīng)用的基礎(chǔ)。實(shí)際工程中的地?zé)釗Q熱器地下條件復(fù)雜，各個(gè)幾何參數(shù)難以精確控制，所以一直也是地源熱泵的一個(gè)研究難點(diǎn)，對(duì)地下?lián)Q熱器的研究主要是對(duì)其傳熱模型的研究。目前國(guó)際上提出的比較廣泛應(yīng)用的三種傳熱模型:①VCMei傳熱模型，該模型基于能量守恒的基礎(chǔ)上，由系統(tǒng)能量平衡結(jié)合熱傳導(dǎo)方程構(gòu)成；②IGSHPA（InternationalGround-SourceHeatPumpAssociation
7、)模型,該模型以Kelvin線熱源理論為基礎(chǔ),以年最冷月和最熱月負(fù)荷為計(jì)算依據(jù)來(lái)確定地下埋管換熱器的尺寸,并利用能量分析的BIN方法計(jì)算季節(jié)性能系數(shù)和能量消耗，該模型考慮了多根鉆孔之間的熱干擾,及地表面的影響；③NWWA(NationalWaterWellAssociation)模型,該模型是在Kelvin線熱源方程分析解的基礎(chǔ)上建立巖土層的溫度場(chǎng),進(jìn)而確定換熱器的尺寸。它可以直接給出換熱器內(nèi)平均流體溫度,并采用疊加法模擬熱泵間歇運(yùn)行的情況[1]。本文主要研究工程上常見(jiàn)的U型管地下?lián)Q熱器的一維、二維以及在二維基礎(chǔ)上給出的準(zhǔn)三維模型。1一維穩(wěn)態(tài)模
8、型工程上常見(jiàn)的單U型管換熱器，兩根水管構(gòu)成一供一回的閉式循環(huán)回路，相對(duì)鉆孔外壁的傳熱過(guò)程來(lái)說(shuō)，鉆孔內(nèi)部的熱容量要小很多，并且水沿管軸方向的溫度變化很小
