u型地埋管热交换器之无因次热传分析 - 机械工程系 - 东南科技大学.doc

垂直U型地埋管熱交換器之無因次熱傳分析 Dimensionless Heat Transfer Analysis of Vertical U-shaped Ground Heat-Exchangers 梁乃文11 Nai-Wen Liang Chao-Chi Shih Chen-Shiang Liu Jing-Chung Huang 1東南科技大學系副教授 2大學3東南科技大學系 摘　　要 U型地埋管熱交換器之熱傳情況。鑽孔外之熱傳利用有長線熱源模型，求解鑽孔壁面之溫度而鑽孔內之熱傳則使用三維熱導模式，以本亦以較高者，熱回流效應會較為顯著；而增強熱傳率之方法有：降低無因次參數F1與F2之值，降低熱阻比之值，提高()與()之值，這些結論均與實際工相符合。 U型地埋管熱交換器，無因次化，熱阻ABSTRACT The study applied dimensionless analysis method to investigate the heat transfer of vertical U-shaped ground heat-exchangers (UGHE). For the heat transfer outside of borehole, the study applied finite line-source model to calculate the dimensionless wall temperature of borehole. Inside of borehole used the quasi-three dimension heat conduction model to calculate the dimensionless temperature distribution of downward and upward branch pipe of UGHE. From these figures discussed the method of increasing the heat transfer rate of UBHE. The study shows the lower dimensionless parameter F2 the lower temperature distribution of UBHE. The higher thermal resistance ratio () the more serious of heat flow-back effect. The methods of increasing the heat transfer rate of UGHE including: decreasing dimensionless parameter F1 and F2, decreasing thermal resistance ratio (), increasing the value of () and ().These conclusions are consistent with actual engineering applications. Keywords: U-shaped ground heat-exchangers (UGHE)，Ground source heat-pump，Dimensionless Thermal resistance ratio，eat flow-back。前言 淺層溫能的概念是利用地表下面約10~300公尺的範圍內，地層之溫度維持在一恆定的範圍內，以台灣而言，淺層地表溫度，夏天約為18~20℃，較大氣溫度低，而冬天約為13~15℃，較大氣溫度高，以此範圍內之地層作為一巨大之熱儲存體，可以以此儲存體為一熱源(heat source)或熱匯(heat sink)，在冬天時可把此熱儲存體當作熱源，由此熱源來吸取熱量，對建築物或漁塭、溫室等進行加熱之動作，而在夏天時則可把建築物內過多之熱量排放於此淺層地層中，即以此熱儲存體為熱匯，此種淺層溫能之利用最著名的即為地源熱泵GSHP(ground source heat pump)，地源熱泵有明顯的節能及環保效益，為綠建築不可或缺之要素，一般稱為地平線下之綠建築。 地源熱泵雖然有這麼多的優點，但低階熱能的有效採集和穩定供應，一直是地源熱泵系統技術運用的主要瓶頸【】，因此設計高效率之U型鑽孔熱交換器UBHE(U-shaped borehole heat exchangers)，是地源熱泵系統的設計重點。此種淺層溫能之利用，主要是要靠U型鑽孔熱交換器之使用，U型鑽孔熱交換器實現與地表淺層中熱量之交換，經由改變各相關幾何參數，可預估U型鑽孔熱交換器之熱傳效率，進而設