地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范設(shè)計要點解析(編輯修改稿)
2024-12-14 07:11 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 ，以提高分析的可靠性。 巖土體熱物性測試裝置如圖 1所示：巖土體熱物性測試要求測試時間為 36～ 48h，供熱量應(yīng)為 50～ 80W/m，流量應(yīng)滿足供回水溫差 11～ 22℃的需要，被測豎直埋管安裝完成后，根據(jù)導(dǎo)熱系數(shù)不同，需要 3～ 5d的等待期，此外對測量精度等也有具體要求。 【 1】 目前測試設(shè)備有兩種，一種是小型便攜式，一種是大型車載系統(tǒng)，后者可以提供較大能量加熱系統(tǒng)，最新設(shè)備還可以提供冷凍水測試冬季運行工況，具有更好精度及可靠性。 ? 豎直埋管地下傳熱計算 地下傳熱模型 基本是建立在 線源理論 或柱源理論基礎(chǔ)上。 1954年 Ingersoll 和 Zobel提出將柱源傳熱方程作為計算埋管換熱器的合適方法， 1985年 Kavanaugh 考慮 U型排列和逐時熱流變化對該方法進(jìn)行了改進(jìn)。 實際工程設(shè)計中很少使用這種乏味的計算， 20世紀(jì) 80年代人們更傾向于根 據(jù)經(jīng)驗進(jìn)行設(shè)計。80年代末，瑞典開發(fā)出一套計算結(jié)果可靠且使用簡單的軟件，其數(shù)值模型采用的是 Eskilson（ 1987）提出的方法，該方法結(jié)合解析與數(shù)值模擬技術(shù)，確定鉆孔周圍的溫度分布，在一定初始及邊界條件下，對同一土質(zhì)內(nèi)單一鉆孔建立瞬時有限差分方程，進(jìn)行二維數(shù)值計算獲得單孔周圍的溫度分布。通過對單孔溫度場的附加，得到整個埋管區(qū)域相應(yīng)的溫度情況。為便于計算，將埋管區(qū)域的溫度響應(yīng)轉(zhuǎn)換成一系列無因次溫度響應(yīng)系數(shù)，這些系數(shù)被稱為 gfunctions。通過gfunctions可以計算一個時間步長的階梯熱輸入引起的 埋管溫度的變化，有了 gfunctions，任意釋熱源或吸熱源影響都可轉(zhuǎn)化成一系列階梯熱脈沖進(jìn)行計算。 1999年 Yavuzturk和 Spitler對 Eskilson的 gfunctions進(jìn)行了改進(jìn)，使該方法適用于短時間熱脈沖。 1984年 Kavanaugh使用圓柱形源項處理，利用穩(wěn)態(tài)方法和有效熱阻方法近似模擬逐時吸熱與釋熱變化過程?！兑?guī)范》中附錄 B，采用類似方法，給出了 豎直地埋管換熱器的設(shè)計計算 方法，供設(shè)計選用。 ? 水平埋管由于占地問題，大多城市住宅或公建均很難采用。由于應(yīng)用較少，國內(nèi)外對其換熱機(jī)理研究也很 少，目前主要是根據(jù)經(jīng)驗數(shù)值進(jìn)行估算。 2020年 ASHRAE手冊給出了一些推薦數(shù)據(jù)，供設(shè)計選用。主流地埋管設(shè)計軟件基本上均包括水平埋管的計算。 圖 1 巖土體熱物性測試裝置 5 設(shè)計軟件 通常地埋管設(shè)計計算是由軟件完成的。一方面是因為地下?lián)Q熱過程的復(fù)雜性，為盡可能節(jié)約埋管費用，需要對埋管數(shù)量作準(zhǔn)確計算；另一方面地埋管設(shè)計需要預(yù)測隨建筑負(fù)荷的變化埋管換熱器逐時熱響應(yīng)情況及巖土體長期溫度變換情況。加拿大國家標(biāo)準(zhǔn)（ CAN/）中對地埋管系統(tǒng)設(shè)計軟件明確提出了以下要求： 1 能計算或輸入建筑物全年動態(tài)負(fù)荷 ； 2 能計算當(dāng)?shù)貛r土 體平均溫度及地表溫度波幅 ； 3 能模擬巖土體與換熱管間的熱傳遞及巖土體長期儲熱效果 ； 4 能計算巖土體、 傳熱介 質(zhì)及換熱管的熱物性 ； 5 能對所設(shè)計 系統(tǒng)的地埋管 換熱 器 的 結(jié)構(gòu) 進(jìn)行模擬， （ 如鉆孔直徑、 換熱 器 類型 、灌 漿 情況 等 ）。 為此，《規(guī)范》中規(guī)定“地埋管設(shè)計 宜采用專用軟件進(jìn)行。 ” 判斷軟件復(fù)雜程度的標(biāo)準(zhǔn)有兩個：一是在滿足埋管換熱器設(shè)計要求的前提下，用戶輸入最少，計算時間最短；二是要求能模擬預(yù)測隨建筑負(fù)荷變化，埋管換熱器逐時熱響應(yīng)情況。 目前，在國際上比較認(rèn)可的有建立在 gfunctions算法基礎(chǔ)上瑞典隆德 Lund大學(xué) 開發(fā)的 EED程序，美國威斯康星 WisconsinMadison大學(xué) Solar Energy 實驗室（ SEL）開發(fā)的 TRNSYS程序，美國俄克拉荷馬州 Oklahoma大學(xué)開發(fā)的 GLHEPRO程序。此外還有加拿大 NRC開發(fā)的 GS2020，以及建立在利用穩(wěn)態(tài)方法和有效熱阻方法近似模擬基礎(chǔ)上的軟件 GchpCalc等。 地下水系統(tǒng) 地下水系統(tǒng)是目前地源熱泵系統(tǒng)應(yīng)用最廣的一種形式，據(jù)不完全統(tǒng)計目前國內(nèi)地下水項目已近 300 個。對于較大系統(tǒng)，地下水系統(tǒng)的投資遠(yuǎn)低于地埋管系統(tǒng)，這也是該系統(tǒng)得以廣泛應(yīng)用的主要原因。 （ 1） 熱源井設(shè)計必須保證持續(xù)出水量需求及長期可靠回灌 不得對地下水資源造成浪費和污染，是地下水系統(tǒng)應(yīng)用的前提。 地下水屬于一種地
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