基于长周期负荷热响应的地源热泵设计方法研究

摘要

地源热泵技术具有环保节能、运行效率高、运行费用低等显著优势,但是迄今为止,由于其初投资太高,地源热泵技术在中央空调的利用中只占一小部分。地源热泵系统的初投资主要是在地热换热器埋管部分,初投资费用估计占到整个系统费用的50％以上,所以对地埋管换热器进行合理设计,是降低地源热泵初投资的关键。
　　 为了忽略相邻钻孔间的热干扰,取钻孔间距的一半处为远端半径,在该处建立绝热边界条件,在钻孔壁处建立随时间变化的第二类边界条件,并利用分离变量法和格林函数法对此传热模型进行计算,得出钻孔外变热流无限长柱热源模型的解析解。由于解析解形式过于复杂,本文又借鉴国外的方法,对传热模型进行简化,使得计算机计算速度大大提高。
　　 在变热流无限长柱热源传热模型的基础上,提出了基于长周期负荷热响应的地源热泵系统设计方法。该设计方法将埋管长度和埋管出水温度相耦合,设计出合适的埋管长度,使得在该埋管长度条件下,地源热泵系统运行十年后,埋管出水温度仍然满足设计要求。将本文设计方法与《地源热泵系统工程技术规范》(以下简称《规范》)中提供的方法进行比较,得出不同埋管出水温度限值下的埋管长度,并分析埋管出水温度和埋管周围土壤温度场分布的长周期运行特性。