使用土壤源热泵的热传递模型，模仿剖析了在夏日运转工况时异样进口流体温度下井群换热器的换热规则，探讨了异样进口流体温度对换热器换热功能的影响，得出了异样进口流体温度下井群换热器换热量的核算办法，为工程实践供给了理论依据。
【关键字】井群；循环流体；换热功能；数值模仿
中图分类号：TK52 文献标识码：A
文章编号：1671-6612（2012）02-194-04
0·导言
地源热泵供暖空调的优势使其成为近年来国际可再生能源使用及建筑节能领域中添加最快的工业之一[1]。在曩昔的10年中，大约30个国家的地源热泵年添加率到达了10%，它的首要长处是使用一般的地温制冷或供暖，到达节能的意图。当前国际装置的地源热泵体系的总容量和产热量达9500MW和52000TJ/Y（14400WH/YR），实践装置地源热泵的数量为100多万套[2,3]，我国地源热泵的使用固然并未排在国际的前列，可是地源热泵在我国的开展曾经进入我国制冷职业开展的快车道。由于地源热泵体系的关键技能会集在地下换热器传热特性以及热泵体系与埋地换热器匹配等方面[4]，国内外关于单U型地埋管周围温度场的研讨做了许多任务，但实践工程的使用仅用单井是远远不够的，为了使地源热泵体系能在实践工程中广泛使用，就应该研讨整个井群的换热规则，但现阶段大家对井群间彼此搅扰的研讨较少，所以井群间影响规则的研讨需求亟待解决[5,6]。
本文经过对井群传热模型的模仿剖析，研讨了地源热泵地能使用中地下群井换热量的散布规则，提出群井换热器中各井换热量批改系数的概念。经过模仿异样进口流体温度对井群中土壤温度场的散布影响，然后找出地能使用体系的特性和规则，并得出相应的井群换热量批改系数，批改系数的得出为整个井群换热量的核算供给了依据，为实践工程供给一套核算井群换热量的办法。
本文使用fluent软件对整个井群进行三维数值模仿，在思索换热器内循环水活动的还，思索了U型管与回填土间的换热、钻孔内与钻孔外土壤的换热。在单井模型的根底上，树立三维井群换热器的物理模型，找出异样进口流体温度下井群模型的换热规则。
1·核算模型
竖排井群中各井的方位联系，剖析晓得井群中存在三类井[7]，即角井，边井和中井。
关于没有其它井对其换热搅扰的井称为“单井”。本文依据井群中各井单位井深换热量与单井单位井深换热量的比值k，来求得井群中各井的实践换热量。依据单井单位井深的换热量公式[8]qd=cp·m·Δt/H可知，在质量流量m一样，既流体流速相还，这个换热量是常数；在流体温升不明显时，也可将其定压比热cp按常数核算；井深H是个定值。则井群中三类井的换热量批改系数k简化为各井的进出口温差和单井的进出口温差之比，因而角井、边井、中井的换热量批改系数分别是kj=Δtj/Δtd；kb=Δtb/Δtd；kz=Δtz/Δtd。本文模仿得出了进口流体温度异样时，井群换热器中三类井的换热量和换热量批改系数值。
2·核算假定
单井模型是井群模型的根底，对单井模型的传热进程作如下假定：（1）土壤导热系数、比热、密度等热物性参数不随深度和温度改变而改变；（2）疏忽体系实践运转进程中由于地下水存在发作换热表象时能够存在的热湿搬迁；（3）将传热进程看作轴中心对称散布；（4）将体系运转前大地温度场看作均匀共同。
3·核算成果及剖析
地源热泵任务时，埋管换热器进口水温随热泵运转工况的改变而改变，如夏日运转时，换热器进口流体温度较低，而冬天运转时进口流体温度较高。本模仿进程中，假定换热器进口流体温度稳定不变，模仿了进口流体温度分别为36℃、38℃和40℃三种运转工况下，接连运转90d时，井群换热器中三类井的进出口温差随运转工夫的改变联系，模仿成果如图2所示。
从上到下三组曲线依次是进口流体温度t1分别为36℃、38℃、40℃时进出口温差随运转工夫的改变曲线，每一组曲线中从上到下依次是单井进出口温差Δtd、井群中角井进出口温差Δtj、边井进出口温差Δtb和中井进出口温差Δtz随运转工夫的改变联系曲线。从图2可以看出，异样进水温度工况下角井、边井、中井和单井的进出口流体温差值均随运转工夫的延伸而逐步减小。每种工况下各井的进出口温差值在0-20d内均是持平的，20d今后各井的温差值开端呈现异样，这说明在接连运转20d工夫内，井群中角井、边井和中井的换热量与单井的一样，井与井之间换热并未呈现彼此搅扰，而运转20d今后，井群中各井排热传到了与其相邻的另一口井，然后招致井群中各个井换热量开端呈现彼此影响；从图2还可看出，在运转20d后，单井进出口温差值大于井群中所有井的进出口温差值，井群中角井流体的进出口温差大于边井，边井大于中井，这与三类井在换热器中的方位有关，由于井群中与角井严密相连的有2口井，与边井严密相连的有3口井，与中井严密相连的有4口井，周围相邻的井越多，一样的运转工夫内，其周围的井对其换热量发生的热搅扰越大，批改系数就越小。进出口流体温差的改变能够惹起换热量批改系数的改变，图3、图4、图5分别是循环流体进口温度t1=36℃、38℃、40℃时，角井、边井和中井的换热量批改系数kj、kb和kz的值随运转工夫的改变联系曲线。
当进口流体温度t1=36℃时，井群间的彼此影响约从第24d开端；进水温度t1=38℃时，井群间的彼此影响约从23d开端；进水温度t1=40℃时，井群间的彼此影响约从21d开端。这说明，异样进水温度下运转一样的工夫，进水水温越高对各井之间呈现热搅扰越早，这是由于管内流体温度越高，流体与管外土壤的温差也就越大，传热动力也越大，U型管的换热才能越强，在一样的土壤物性条件下热量传到同一个方位所需的工夫越短，井群中各井之间换热量的彼此影响就越快，换热量批改系数就越小。
当进水温度为36℃时井群中各井换热量批改系数值kj、kb、kz要大于进水温度为38℃和40℃时kj、kb、kz值，这首要是由于进水温度越低，管内流体与管外土壤间温差越小，然后削弱了管子与土壤间的传热。图6是热泵运转到第90d时，三类井单位井深的换热量批改系数跟着进水温度的改变曲线，三类井的换热量批改系数随进口流体温度添加逐步减小。从图6中可以查出在运转第90d时，进口流体温度在36℃～40℃范围内的各井换热量批改系数。
4·定论
经过本文的模仿剖析，可以得知异样进口温度下井群中三类井的换热量批改系数，经过图3、图4、图5可以查得这三种进水温度下井群中各井的换热量批改系数，也可以经过拟合曲线得到0-90d内恣意时辰36℃～40℃进水温度的各井换热量批改系数。依据以上得出的换热量的批改系数乘以单井单位井深的换热量就可以得到三类井的换热量，再依据工程实践中井群中各类井的数量就可以得到整个井群换热器的换热量。
参考文献：
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[6]丁勇,李百战,卢军,等.地源热泵体系地下埋管换热器描绘（2）[J].暖通空调,2005,35(11):76-79.
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[8]孔珑.工程流体力学（第三版）[M].北京:中国电力教育出版社,1990.
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