南京地区夏季太阳辐射对垂直埋管土壤源热泵运行性能影响

摘要

近年来,土壤源热泵系统因其COP高,节能效益明显,环保等特性,日益受到人们广泛的关注,而土壤源热泵应用和推广的关键技术之一,就是解决地埋管与土壤之间的传热问题。因此建立准确的、符合实际情况的地下换热埋管传热模型,使其能够精确地模拟地下埋管换热器的真实传热过程具有深远的意义。本文结合南京师范大学土壤源热泵实验室,通过理论分析建立数学模型,用GAMBIT软件建立计算机模型,用FLUENT软件对计算机模型进行三维传热和流动模拟计算。以往在模型计算过程中,为了计算的方便,对地面边界条件常常做绝热假设,或者把地面设置成为第一类边界条件,认为土壤温度是一定的,不改变的,等于在当地的年平均气温基础上正负偏差2℃,而本文则提出了不同的观点。
　　 本文采用理论推导,FLUENT计算机模拟的方式建立了对土壤源热泵地埋换热器三维传热模型,以一个独立的单U型地埋管为对象,对不同上边面边界条件下的换热过程进行了模拟计算；通过比较地埋管出口处断面平均水温、沿程流动方向水温在不同边界条件下的变化,分析了太阳辐射对垂直埋管土壤源热泵运行性能的影响。
　　 结果表明,同样60m长的地埋管埋深及进水温度情况下,在有太阳辐射的情况下进出口过余温度比没有太阳辐射的情况下高0.28℃,与土壤之间的单位管长换热量减少3.136 w/m。并通过分析得出在考虑太阳辐射情况下的地埋管长度要比不考虑太阳辐射条件下的地埋管长5％。这些数据的得出,对垂直埋管土壤源热泵的系统设计提供了一定的参考数据。