工程施工设计论文：地源热泵开发利用需要注意的若干问题.docVIP

工程施工设计论文： 地源热泵开发利用需要注意的若干问题 　【摘 要】地源热泵以其节能环保和高效的优势受到了空调行业的青睐,近年来有了巨大发展。但从大部分实际工程来看,该系统的设计和施工仍存在着众多的问题亟待研究和解决,本文就几个重点问题进行初步的研究,以供参考。 　　【关键词】地源热泵;设计施工问题 1. 地源热泵系统设计 　　1.1 埋管换热器模型研究。 　　(1)单个地下埋管换热器的模型。 　　目前国内外求解地下换热器传热时使用最为广泛的是线热源和柱热源理论。它们是将埋管换热器等价为一个线热源或者圆柱型热源,这种简化对于真正这样的热源才完全正确。由于埋管换热器中两支管传热是不对称的,这两种方式的简化处理虽然可以使问题大为简化,但却无法准确描述埋管换热器的传热情况,无更好的方法研究影响它传热效率的因素。 　　除了线热源和柱热源理论以外,还有能量平衡原理的数学模型。但对于国内现有的工程来说,普遍是按照线热源模型进行设计或是模拟的,这种方法简单易懂,且适用于工程计算,但是随着行业的发展,埋管换热器的传热模型必将会更加准确和严谨。 　　(2)地下埋管换热系统(管群)的研究。 　　现有的埋管传热模型都是针对单个埋管换热器的传热和温度场的研究,基本都能够模拟单个埋管换热器的传热情况。而地源热泵工程中常常有多个甚至有上百个埋管换热器组成埋管换热系统来完成最终的换热,各个埋管换热器之间必然会相互的影响,现有的模型没有给出描述他们之间相互影响的办法。 　　从以上分析来看,能够完成多个埋管换热器温度场的分析和模拟对实际工程更有意义。目前较多的研究方法有两种。一是叠加方法,在各种单个埋管换热器温度场的研究基础上,对多个埋管换热器的温度场进行温度的叠加。其基本依据是每个埋管换热器所产生的温度场是相对独立的,温度的变化与热流密度成线性关系,包含在换热孔分布范围内的任何位置的温度均可以根据线性问题的叠加原理得到。一种方法是内热源法[35],将换热器看成等效的内热源,将换热器直接以热源的形式表示在控制方程中,而不再作为热流条件。对土壤内传热,换热器冬季从土壤中吸热,热源项为负。夏季向土壤中排热,热源项为正。这种方法不考虑换热孔内复杂的情况,简化了对孔内复杂传热情况的研究。将整个埋管换热系统温度场看成是一个整体来求解,避免了烦琐的叠加计算。在一定程度上简化了埋管换热系统温度场的模拟计算。 　　1.2 地下埋管换热器换热参数的确定。 　　埋管换热参数可根据以上提供的理论模型进行计算,其结果也能在一定程度上反映地下埋管换热器的换热量。其实,地下埋管换热器的换热量受诸多因素的影响,如土壤温度,土壤性质,是否有地下水等。地下埋管换热器的换热过程是一个复杂的过程,不能单单通过假设和理论进行计算,还要利用测试技术进行换热能力的试验。换热试验通常要求分别进行地下埋管排热和取热工况,对实验数据进行整理,从中得到所需要的排热量和取热量参数。同时还要测试在多个埋管相互影响作用下,地埋管的换热量参数。测试得到地埋管换热量参数可以作为设计参数,再进行地埋管换热系统的相关设计。 　　1.3 地下埋管换热器的计算。 　　埋管换热系统的数量要由建筑的负荷和热泵的效率而定,埋管换热系统所承担的换热量夏季是建筑的负荷与热泵耗功的和,冬季是建筑的负荷与热泵耗功的差。埋管换热器的换热量与岩土体的初始温度、岩土体的热物性、埋管换热器的形式、热泵系统的运行模式等有关。现在一般的埋管换热系统的设计只是计算在建筑最大负荷下埋管的长度,这种设计方法在一定程度上能够满足设计要求,但是这种方法存在一定的误差,其实埋管换热器的换热性能还与运行时间等因素有关。因此建议采用模拟的方法进行埋管换热器的设计,通过数十年的模拟计算,真正得到埋管换热系统的数量。 　　1.4 地下埋管换热器布置方式。 　　地埋管换热器的布置方式包括埋管方式和各个埋管换热器的联结方式。埋管方式一般包括水平埋管和垂直埋管,主要是由场地大小、土壤类型以及挖掘成本而定。如果挖掘成本较低而且场地足够大,则水平埋管较为经济;通常情况下建筑商用地寸土寸金,所以不会有很大的空地可以用于埋管的布置,这时候就只能用垂直埋管的形式。换热器的联结方式有串联和并联两种,串联系统是将各个换热器头尾依次连起来,管中的流体只能沿着一个通道流动,有时候这样是为了获得加大的温差;并联系统是将所有的换热器并联到一个或者几个干管上,通过干管的分配将流体均匀的分配到每个埋管换热器中,这样单个换热器的损坏不会影响到这个换热系统的使用,系统安全性比较高。以上两种换热系统的布置形式需要根据项目的具体情况而定。 　　1.5 埋管间距的确定。 　　埋管换热器在土壤中吸热或放热引起周围土壤温度的变化,如果将单个埋管换热器作为一个热源,那么在径向上,根据传热学