地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范設(shè)計(jì)要點(diǎn)解析(編輯修改稿)
2025-09-06 15:26 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 有可能，應(yīng)盡量采用兩種以上的方法同時(shí)分析，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(shí)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(duì)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(yùn)行工況，具有更好精度及可靠性。l 豎直埋管地下傳熱計(jì)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(jì)算埋管換熱器的合適方法，1985年Kavanaugh考慮U型排列和逐時(shí)熱流變化對(duì)該方法進(jìn)行了改進(jìn)。實(shí)際工程設(shè)計(jì)中很少使用這種乏味的計(jì)算，20世紀(jì)80年代人們更傾向于根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。80年代末，瑞典開發(fā)出一套計(jì)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(duì)同一土質(zhì)內(nèi)單一鉆孔建立瞬時(shí)有限差分方程，進(jìn)行二維數(shù)值計(jì)算獲得單孔周圍的溫度分布。通過對(duì)單孔溫度場的附加，得到整個(gè)埋管區(qū)域相應(yīng)的溫度情況。為便于計(jì)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(jì)算一個(gè)時(shí)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(jì)算。1999年Yavuzturk和Spitler對(duì)Eskilson的gfunctions進(jìn)行了改進(jìn)，使該方法適用于短時(shí)間熱脈沖。1984年Kavanaugh使用圓柱形源項(xiàng)處理，利用穩(wěn)態(tài)方法和有效熱阻方法近似模擬逐時(shí)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(jì)計(jì)算方法，供設(shè)計(jì)選用。l 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(duì)其換熱機(jī)理研究也很少，目前主要是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)值進(jìn)行估算。2003年ASHRAE手冊給出了一些推薦數(shù)據(jù)，供設(shè)計(jì)選用。主流地埋管設(shè)計(jì)軟件基本上均包括水平埋管的計(jì)算。 設(shè)計(jì)軟件通常地埋管設(shè)計(jì)計(jì)算是由軟件完成的。一方面是因?yàn)榈叵聯(lián)Q熱過程的復(fù)雜性，為盡可能節(jié)約埋管費(fèi)用，需要對(duì)埋管數(shù)量作準(zhǔn)確計(jì)算；另一方面地埋管設(shè)計(jì)需要預(yù)測隨建筑負(fù)荷的變化埋管換熱器逐時(shí)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(duì)地埋管系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件明確提出了以下要求：1 能計(jì)算或輸入建筑物全年動(dòng)態(tài)負(fù)荷；2 能計(jì)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(chǔ)熱效果；4 能計(jì)算巖土體、傳熱介質(zhì)及換熱管的熱物性；5 能對(duì)所設(shè)計(jì)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(jì)宜采用專用軟件進(jìn)行?！迸袛嘬浖?fù)雜程度的標(biāo)準(zhǔn)有兩個(gè)：一是在滿足埋管換熱器設(shè)計(jì)要求的前提下，用戶輸入最少，計(jì)算時(shí)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(shí)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(shí)驗(yàn)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GS2000，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(jì)目前國內(nèi)地下水項(xiàng)目已近300個(gè)。對(duì)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(jì)必須保證持續(xù)出水量需求及長期可靠回灌不得對(duì)地下水資源造成浪費(fèi)和污染，是地下水系統(tǒng)應(yīng)用的前提。地下水屬于一種地質(zhì)資源，如無可靠的回灌，不僅造成水資源的浪費(fèi)，同時(shí)地下水大量開采還會(huì)引起的地面
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