竖直地埋管换热器多个钻孔地层热阻计算方法VIP专享VIP免费

第47卷第8期2015年8月哈尔滨工业大学学报JOURNALOFHARBININSTITUTEOFTECHNOLOGYVo1．47No．8Aug．2015doi：10．11918／j．issn．0367—6234．2015．08．014竖直地埋管换热器多个钻孔地层热阻计算方法张雪丹，姜益强，张甜甜，董建锴(哈尔滨工业大学市政环境工程学院，150090哈尔滨)摘要：为解决国家规范中关于多个钻孔热干扰下的地层热阻计算问题，针对竖直地埋管换热器系统，提出了矩形阵列钻孔布置中不同参考钻孔下的地层热阻数值计算方法，并通过算例模拟分析研究了不同钻孔布置形式以及不同钻孔间距情况下的地层热阻分布．结果表明：规则矩形阵列钻孔布置的中心位置地层热阻最大，且布置形式越趋近正方形，钻孔间距越小，地层热阻越大；而不规则矩形阵列钻孔布置的最大地层热阻位置会根据未布置钻孔点位发生相对偏移，但偏移量可忽略．研究成果可为竖直地埋管换热器设计提供理论参考．关键词：地埋管换热器；地层热阻；钻孔布置；数值计算中图分类号：TU18文献标志码：A文章编号：0367—6234(2015)08-0071-04Multi—b0reh0legr0undthermalresistancecalculationmethodforverticalgroundheatexchangerZHANGXuedan，JIANGYiqiang，ZHANGTiantian，DONGJiankai(SchoolofMunicipalandEnvironmentalEngineering，HarbinInstituteofTechnology，150090Harbin，China)Abstract：Inordertosolvetheproblemofmulti—boreholegroundthermalresistancecalculationconcerningthermalinterferenceinthenationalstandard，anumericalmethodforverticalgroundheatexchangerispresentedinthispaper．Andgroundthermalresistancedistributionsofdifferentboreholeconfigurationsanddifferentseparationspacebetweentwoneighboringboreholeswerestudiedthroughacasestudy．Theresultsshowthatforregularrectangular-arrayboreholeconfiguration，thegroundthermalresistanceinthecentralpositionislargest，also，themoretheconfigurationreachesasquare，thesmallertheseparationspaceis，thelargerthetotalsubsurfacethermalresistanceis；whileforirregularrectangular—arayboreholeconfiguration，thepositionwherelargestsubsurfacethermalresistanceislocatedwillexistatanewnegligibleoffset．Theresearchoutputcanprovidetheoreticalreferenceforthedesignofverticalgroundheatexchanger．Keywords：groundheatexchanger；subsurfacethermalresistance；boreholeconfiguration；numericalcalculation目前国际上通常采用标准规范中推荐的半经验式方法来进行竖直地埋管换热器系统设计，如ASHRAE方法¨，IGSHPA方法等．中国规范推荐的设计方法即由IGSHPA方法改进而成，文中简称GB方法．这类方法是由权威机构对无限长线热源模型或无限长柱热源模型的解析解归纳整理而来，考虑最不利情况下地埋管换热器的传热特性，以满足热泵机组最低效率要求下的最小总埋管长度为收稿日期：2014一l1—14．基金项目：黑龙江省自然科学基金面上项目(E201435)作者简介：张雪丹(1986一)，女，博士研究生；姜益强(1973一)，男，教授，博士生导师．通信作者：姜益强，jyq7245@sina．con．设计目标．本文基于GB方法进行竖直地埋管换热器的研究，主要贡献是通过改进的多个钻孔热干扰下的地层热阻计算公式，基于MATLAB开发了换热器管群矩形阵列平面布置下不同参考钻孔下的地层热阻分布模拟程序，并利用该程序进行实际工程算例分析，研究了给定钻孔数目下不同矩形阵列形式、不同钻孔问距对多个钻孔地层热阻分布的影响，以及模拟钻孔数目不足以构成标准阵列情况下未布置钻孔点位对最大地层热阻位置偏移的影响．1模型推导竖直地埋管换热器设计计算方法在GB5366—2005(2009年版)《地源热泵系统工程技术规范》附录B中给出：哈尔滨工业大学学报第47卷(等一max一∞一∞一mln式中：、分别为制冷和制热工况下竖直地埋管换热器所需钻孔的总长度，m；Q。、Q分别为水源热泵机组的额定冷负荷和额定热负荷，kW；EER、COP分别为机组的制冷性能系数和制热性能系数；FF分别为制冷和制热运行份额；Tm、Tmi分别为制冷和制热工况下传热介...