U型管地下换热器快速模拟软件.doc

文档介绍：U型管地下换热器快速模拟软件*
西华大学能源与环境学院苏华☆张燕康一亭司子辉
摘要:地下换热器的设计是地源热泵工程成功与否的关键。进行逐时模拟是设计地下换热器最科学的方法。自主开发了地源热泵U型管地下换热器逐时模拟软件-西华地热。该软件地下换热器传热采用简化数值模型。软件包含前处理、计算核心以及后处理三大模块。基于建筑逐时负荷,可以快速计算逐时水温及地温,模拟一年运行情况所需计算时间不足1分钟。对比验证说明软件准确可靠。
关键词:地源热泵 U型管地下换热器模拟软件
引言
地源热泵空调具有高效、节能、环保的优势,在国内外得到广泛应用。我国研究应用起步于上个世界90年代,目前每年以20%-25%的速度增长,规模从中小型建筑转向大型建筑、建筑群、小区,有的工程达到几十万平方米[1、2],其中竖埋U型管地源热泵有较多的应用。
地下换热器设计合理与否是地源热泵工程成功与否的关键。而地下换热器换热模型是科学设计的基础。国内外很多学者对地下换热模型进行了研究,目前不下30余种[3]。国内目前采用较多的是国际地源热泵协会模型及其软件GLHEPRO,GLD[4] ,以及方肇洪教授主持开发的地热之星[5]。这两种软件模型都采用近似解析模型,全年计算以建筑月均负荷为基础。直接以逐时负荷为基础进行地下换热器模拟是最准确的方法,目前建筑全年逐时负荷计算已经比较普及,因此地下换热器逐时模拟具有必要性及可能性。当然全年逐时模拟必须保证准确性以及快速性才具工程实用价值。
作者开发了一种地下换热器全年逐时模拟软件-西华地热,在建筑全年动态负荷基础上,可以逐时模拟地下换热器进出水温,换热孔周围岩土温度,为地下换热器长期运行性能预测提供依据。该软件计算速度快,很适合工程方案筛选。
地下换热器的逐时模拟设计方法
负荷计算
(1)首先采用DOE,Dest等软件进行建筑全年负荷分析。

* 四川省教育厅重点项目(09ZA118)
苏华,男,1969年2月生,博士,副教授。
610039 西华大学能源与环境学院
[phone] **********
E-mail: cq_suhua@
(2)根据负荷特点确定适当的冷热源方案(包括机组配置以及开机模式)。针对每种方案确定出地源热泵系统承担的负荷。
(3)根据地源热泵机组的制冷EER和供热COP,计算出地下换热器的全年负荷。
冷热源方案以及开机模式的选择以尽量保证地下换热器冷热平衡为原则。
地下换热器逐时模拟
(1)根据地下换热器负荷、地质热特点初步确定换热孔数量、深度。
(2)利用西华地热逐时模拟软件,输入土壤物性参数,负荷数据等对地下换热器进行30年的模拟,观察地温和换热器进出水温的变化。
(3)根据模拟结果判断热泵机组能否正常运行。若符合要求,则方案确定,否则重新规划系统,重新模拟。
地下换热器逐时模拟软件-西华地热
西华地热数值模型简介
西华地热是在参考现有计算模型[3,5-15]基础上,采用数值方法[16,17]独立开发的U型竖埋管换热器动态模拟软件。该软件采用圆柱热源模型,把换热区域分成钻孔内和钻孔外,其中钻孔内的传热简化为稳态传热,孔外传热认为是非稳态的。忽略轴向导热,不考虑地面温度波动和埋管底部传热的影响。竖向作为一个整体考虑。水温和地温都