文档介绍：· · 专题研讨暖通空调仪犯年第卷第期
基于显热容法的地源热泵地埋管
换热器周围土壤冻结特性研究
扬州大学
东南大学
扬州大学
东南大学
摘要为了探讨寒冷地区土壤冻结对地源热泵地理管换热器换热特性的影响, 建立了考
虑土壤冻结的地埋管周围土壤传热模型, 并利用显热容法对冻结相变问题进行了处理。基于
模型的数值求解探讨了土壤含水率、原始温度、热扩散率及数对埋管周围土壤温度分布
及冻结速度的影响。结果显示, 与未考虑土壤冻结相比, 计算出的地理管周围土壤温度高, 传
热热队小, 从而可以减小埋管的设计长度, 降低系统初投资提高土壤含水率有利于地源热泵
的设计与运行减小热扩散率和数可以有效地降低土壤的冻结速度。
关健词地源热泵地埋管换热器土壤冻结显热容法
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系统相比传统空调系统因其良好的节能性运行的江苏省扬州市扬州大学能源与动力工程学院建筑环
。境与设备工程教研室
稳定性及环保性等优点而得到较好的推广与应用
地源热泵研究的核心课题之一就是要解决地埋管二
收稿日期一一
。
换热器与周围土壤间的换热问题在冬季供热工修回日期一一
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暖通空调犯年第卷第期专题研讨·
况下, 特别是在北方寒冷地区, 当埋管从地下连续湿迁移藕合作用及自然对流效应的影响冻结
取热时, 地源热泵蒸发器出口埋管进口流体温度的和未冻结的土壤热物性参数均为常数土壤
会低于。℃, 从而导致埋管周围含湿土壤有可能冻的冻结相变过程发生在一个小的温度范围内, 且认
结, 这在一定程度上直接影响了埋管的换热特性。为在土壤相变中存在三个区域冻结区、未冻结区
由于地埋管与周围土壤间传热及相变传热机理的及介于两区之间的模糊两相区假设钻孔中回
复杂性, 关于地埋管周围土壤的冻结及其对埋管换填材料的热物性参数与周围土壤保持一致, 因为钻
热特性影响的研究很少有报道。孔的直径与所讨论的传热区域相比是个小量
土壤的冻结过程是一个复杂的含湿多孔介质认为地埋管是一条线热汇源, 实际工程中, 这种假
体的非稳态相变传热过程, 由于土壤水是含有各设适用于数小时至数月的运行时间范围。
种杂质的非纯净物质, 从而使得土壤水的相变过根据以上简化假设, 可将地埋管与周围土壤的
程不是严格地在某一温度下发生, 而是在一个小换热过程描述为一条线热汇地埋管埋设于初始
的温度范围内完成。相变问题又称为问温度均匀为。的无限大空间土壤中, 土壤的含水
题, 其特点是计算区域内存在一个位置随时间移率为。。自一。时刻起, 该线热汇开始从空间吸热,
动的两相界面, 在该界面上放出或吸收潜热, 因其单位长度热流强度为。随着吸热过程的进行,
此亦称为“移动边界问题”