地源热泵地下换热系统的实验研究

地源热泵地下换热系统对于地源热泵系统的稳定运行和地源热泵系统的投入成本起着关键的作用.为了对地下换热系统换热效果和周围土壤的温度场进行实验研究,我们在北京工业大学高科技能源楼建立了一套包含60套不同结构地下换热系统的实验台.利用温度及流量测试装置获得运行过程中温度变化并计算换热量,探求不同结构地下换热系统的换热情况.本实验台还可以收集系统运行过程中地下换热系统的传热温度扩散半径,实验系统不仅为地源热泵的设计提供了数据,而且为地源热泵的深入研究提供了平台.本文给出的部分实验结果证明,根据当地地质情况、负荷需求及系统运行模式配置能源井是至关重要的.     

土壤源热泵在合肥地区的应用研究

介绍了土壤源热泵的工作原理,探讨了土壤源热泵空调应用于中央空调系统的设计方法,以及其主要部件地埋换热器的埋管方式、结构、管材、运行等特点。实验研究了合肥地区夏季不同运行模式下地埋换热器的换热性能以及换热器周围温度场的变化情况,最后利用有限元分析软件ANSYS对地埋换热器运行一个夏季后周围土壤温度场进行了模拟。     

三种垂直埋管土壤热交换器冬季供暖的实验对比研究

本文提供了测量垂直埋管土壤热交换器换热量相对精确数据的实验过程,并对高密度聚乙烯单U型管、高密度聚乙烯 不锈钢单U型管、高密度聚乙烯双U型管三种管型布置进行了实验对比研究。对在北京南部自主建立的地源热泵实验系统的垂直土壤热交换器的换热量、土壤热交换器的进出口水温、三种管型布置供水温度的下降速率进行了实验和分析,相信本文结果对于地源热泵理论研究及工程设计具有一定的参考价值。     

土壤源热泵在合肥地区规模化应用绩效研究

介绍了土壤源热泵的工作原理,探讨了土壤源热泵空调应用于中央空调系统的设计方法,以及其主要部件地热换热器的埋管方式、结构、管材、运行等特点。选取几种常用的冷热源系统与土壤源热泵系统进行比较,参考合肥地区的能源价格,计算各方案的运行成本,用动态费用年值法评价了各方案的经济性。最后,对土壤源热泵系统的节能减排量进行了分析。     

土壤源热泵在合肥某工程中的应用

介绍了土壤源热泵的工作原理,探讨了土壤源热泵空调应用于中央空调系统的设计方法,以及其主要部件地热换热器的埋管方式、结构、管材、运行等特点。选取几种常用的冷热源系统与土壤源热泵系统进行比较分析,参考合肥地区的能源价格,计算各方案的运行成本,用动态费用年值法对各方案的经济性进行了评价。     

地源热泵地埋管换热量的研究

地源热泵地埋管换热器的换热量,不仅直接关系到这一能源方式的可行与否,还对系统形式,运行管理方案产生重要的影响,因而对任何一个工程都必须尽可能精准地确定它.试验使用人工冷热源模拟空调负荷,对某医院的地源热泵地埋管分别进行了冬季和夏季工况的换热量测试.并将依据测试数据计算所得结果与理论计算结果进行比较,最终得到该工程可信的...     

不同地下水流速对土壤源热泵系统运行的影响研究

利用Fluent建立土壤源热泵空调系统仿真模型,通过模拟结果与热响应测试所得结果的比较验证了模型的准确性。该模型耦合了土壤源热泵空调系统三大组成部分:负荷末端、热泵机组以及地埋管换热器。在此前提下,研究土壤源热泵空调系统中不同地下水流速工况下热泵机组COP的变化情况。结果表明,在常见的地下水流速0m/a至300m/a范围内,地下水流速越大,热泵机组COP越大,其中夏季制冷期间,当地下水流速从0分别增加到60m/a,100m/a,150m/a,200m/a,250m/a,300m/a时,机组COP分别增加11.54%,16.04%,19.91%,23.17%,25.50%,27.14%,从而减小了机组运行能耗。     

土壤源热泵系统冷凝热回收的优化研究

文中提出了一种土壤源热泵冷凝热回收系统,能够减少冬夏两季土壤源热泵系统从土壤冷热源排放吸收热量不均对土壤温度场所造成的影响,并结合火用平衡方程建立了土壤源热泵系统冷凝热回收的优化模型。基于此模型,探讨了系统冷凝器和地下埋管的优化配置,通过模拟计算对该系统在制冷工况下改进前后的运行情况进行了分析对比,结果显示土壤源冷凝热回收系统应用于实际工程能够提高整个系统的COP以及火用效率。     

土壤源热泵系统的火用成本分析

在对火用分析与经济学原理研究的基础上,利用火用成本分析方法,建立了土壤源热泵系统的(火用) 成本分析模型.以实际的建筑空调系统为背景,运用所建火用成本分析模型与能量成本分析方法,对土壤源热泵系统与风冷热泵系统进行了对比分析计算,并以空气源热泵为基础对土壤源热泵进行了敏感性分析.对土壤源热泵的实际应用具有指导意义.     

太阳能辅助空气源热泵空调低温特性研究

为了改善和提高空气源热泵空调冬季低温环境下的工作性能,设计了以翅片-套管复合式换热器为核心部件,以太阳能低温热水作为辅助热源的太阳能辅助空气源热泵空调,并对该热泵空调进行了低温工况性能测试。实验结果证明,当室外环境温度低至-15℃时,太阳能辅助空气源热泵空调与单一空气源热泵空调相比,系统性能得到明显改善,COP提高50%以上。     

U型管传热量影响因素的数值模拟研究

地下换热器是地源热泵的重要组成部分,竖直U型管是最常见的地下换热器形式. U型管与土壤间的传热受诸多因素的影响.为分析这些因素对于U型管传热的影响,本文建立了地源热泵竖直U型管地下换热器的三维全尺寸数值模型,在此基础上采用CFD软件FLUENT对U型管的埋管深度、进口水温、管内流速等一系列因素在冬夏不同工况下对U型管传热量的影响进行了数值模拟研究.经过整理分析得出的各种因素对传热量影响可以为优化工程设计提供依据.     

太阳能跨季节蓄能热泵供暖系统的实验研究

联合太阳能热泵与土壤跨季节蓄能技术,提出并设计建立了太阳能跨季节蓄能热泵这一新型的太阳能供暖系统.经过6个月的实验研究,得出以下结论:采用地下蓄热体对太阳能跨季节蓄能,可以解决非采暖季太阳能系统集热器过热的问题,有助于提高系统运行的可靠性;采用以黏土与粉土为主要介质的地下蓄热体蓄热,使用热泵机组提取跨季节储热时,取热率...     

Evaluation on the heat transfer performance of a vertical ground U-shaped tube heat exchanger buried in soil–polyacrylamide

Ground source heat pump (GSHP) systems have been applied widely because of their environmental-friendly, energy-saving, and sustainable nature. In this work, heat transfer performance of a single vertical small-scale U-shaped tube ground heat exchanger under hot climatic condition is addressed considering the influences of inlet water temperature, Reynolds number, and backfill materials (raw soil; soil–polyacrylamide (PAM) blend (0.27% blending ratio for PAM). The backfill materials had an important effect on the heat transfer of the ground heat exchanger. At an inlet water temperature of 45°C and Reynolds numbers of 3104 and 4656, the temperature drops of water in the tube in the soil–PAM blend increased by about 0.3 and 0.4°C compared to that in the raw soil. Within Reynolds number from 3104 to 6208, the average surface heat transfer coefficients of the water in the tube in the soil–PAM blend and raw soil at an inlet water temperature of 45°C were 411 and 231 W m^?2K^?1, respectively. The results suggest that adding the PAM into soil can be an effective manner for enhancing the heat transfer of the ground heat exchanger. The dimensionless surface heat transfer correlation of the water in the U-tube heat exchanger in the soil–PAM blend was obtained. The model could better fit the experimental data within ±10% deviation.     

分离式热管换热器传热特性的实验研究

本文在自行设计分离式热管实验装置的基础上,对其传热特性进行了实验研究。其工作温度为170～250℃,热流密度为25～50 kW/m~2。蒸发段和冷凝段构成相同,均是由7根直径30 mm的无缝钢管短管束组成,管长为160 mm,带有紧套的钢帛环形肋片结构尺寸为:外径45 mm、厚1 mm、片间距4 mm。实验结果表明,在本实验条件下,分离式热管的最佳充液率按管束总容量计为18%～38%。根据实验结果拟合了最佳充液率(24%)下蒸发段内部平均沸腾换热系数和冷凝段内部凝结换热努塞尔数综合关系式。     

壳管相变蓄热器强化传热实验研究

为了强化相变蓄热器传热性能,本文设计了三种新型壳管相变蓄热器结构,并对其换热性能进行实验研究。结果表明:在蓄热器内部添加分层结构和斜翅片换热性能最高,内部温度达到均匀化的时间随换热单元数增加而增大;换热管道间翅片的添加可有效地强化换热效果,改善蓄热器内部出现的温度严重分层现象,温度分布更加均匀;在研究范围内,换热流体温度的增加可有效提高蓄热器的换热效率,缩短相变时间。     

Study on Heat Transfer Performance of Skin Heat Exchanger

Cooling technology is facing new challenges with the increase of electronic equipment power onboard aircraft. The traditional heat sink based on high-altitude bleed air does not satisfy this increase of cooling demands. In this article, an air/air-type skin heat exchanger is studied for cooling aircraft electronic equipment. It uses outside high-altitude cold air rather than bleed air as a heat sink. This cooling technology can effectively remove the heat load of high-power electronic devices without greatly increasing aircraft performance penalty. To assess its high-altitude heat transfer performance, an experimental prototype was designed and made. Some experiments were conducted on a ground experimental test. The heat transfer criteria formulas were obtained for both the side air in the skin heat exchanger and its convective heat transfer coefficients. Based on these experimental analyses, the heat transfer performances of the skin heat exchanger in a high-altitude cruise condition are deduced when it is assumed to be installed at an unfavorable position and a favorable position, separately. This work tries to provide a technical support for its future onboard application.     

现场测量深层岩土热物性方法

地下岩土的热物性参数是地源热泵地热换热器的设计中所需要的很重要的参数。热物性参数的大小对钻孔的数量及钻孔的深度具有显著的影响，进而影响地源热泵系统的初投资。为了能够在现场测量地下岩土的热物性参数，本文利用一套现场测量设备测量了对地下埋管回路施加的热流与回路中循环水温度随时间的变化，并利用参数估计方法确定地下岩土的热物性参数。     

不同运行模式下土壤-空气换热器热性能研究

基于多孔介质传热传质理论,建立了二维非饱和土壤耦合热湿迁移的数学模型。基于有限体积法,利用FORTRAN语言开发了二维椭圆型传热传湿计算程序。利用自编程序对不同运行模式下的土壤-空气换热器系统进行了全面的数值研究。连续模式下系统连续运行24 h;间歇模式1下系统运行60 min,然后停止运行30 min;间歇模式2下系统运行60 min,然后停止运行60 min.结果表明,在连续模式下较高含湿量的土壤比较低含湿量的土壤的系统热性能提升20.13%,含湿量较低的土壤在间歇模式下运行系统热性能较连续模式提升12.7%。     

U型管地下换热系统非稳态传热数值模拟

地下换热器是地源热泵系统重要的组成部分,单U型管是当前广泛使用的地下换热器形式。本文建立了单U型管地下换热器的真实尺寸三维数值模型,通过模拟结果同试验实测数据的对比,验证了模型的正确性。本文随后对单U型管地下换热器在冬季工况下连续运行和间歇运行的换热率进行了数值计算,得出了换热率随时间变化的规律。本文还对连续运行工况下U型管作用半径随时间变化的规律进行了研究。本文得出的结果可以用来指导地源热泵工程的设计。     

Performance and Exergy Analyses of a Solar Assisted Heat Pump with Seasonal Heat Storage and Grey Water Heat Recovery Unit

The main research objective of this paper was to compare exergy performance of three different heat pump (HP)-based systems and one natural gas (NG)-based system for the production of heating and cooling energy in a single-house dwelling. The study considered systems based on: 1. A NG and auxiliary cooling unit; 2. Solely HP, 3. HP with additional seasonal heat storage (SHS) and a solar thermal collector (STC); 4. HP with SHS, a STC and a grey water (GW) recovery unit. The assessment of exergy efficiencies for each case was based on the transient systems simulation program TRNSYS, which was used for the simulation of energy use for space heating and cooling of the building, sanitary hot water production, and the thermal response of the seasonal heat storage and solar thermal system. The results show that an enormous waste of exergy is observed by the system based on an NG boiler (with annual overall exergy efficiency of 0.11) in comparison to the most efficient systems, based on HP water–water with a seasonal heat storage and solar thermal collector with the efficiency of 0.47. The same system with an added GW unit exhibits lower water temperatures, resulting in the exergy efficiency of 0.43. The other three systems, based on air–, water–, and ground–water HPs, show significantly lower annual source water temperatures (10.9, 11.0, 11.0, respectively) compared to systems with SHS and SHS + GW, with temperatures of 28.8 and 19.3 K, respectively.