地埋管换热器非稳态换热性能的实验研究.pdf

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第 25卷第 2期广东工业大学学报 Vol. 25 No. 2
2008年 6月 Journa l of Guangdong Un iversity of Technology June 2008
地埋管换热器非稳态换热性能的实验研究
杨敏,陈颖,史保新
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(广东工业大学材料与能源学院, 广东广州 510006)
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摘要: 通过对一个土壤源热泵系统非稳态连续制冷工况运行情况的测试,总结了土壤温度、埋地管换热器进出口水
温及换热性能随时间的变化规律,比较了 3种换热器在非稳态连续换热过程换热性能的差异. 对比实验结果发现,
双 U形管换热器单位井深换热能力最强,是单 U形管的 1. 05倍,是套管的 1. 73倍. 比较了这 3种换热器管内的流
动阻力.
关键词: 地埋管换热器;非稳态换热性能;流动阻力
中图分类号: TU833 + . 3 文献标识码: A 文章编号: 1007 7162 (2008) 02 0022 04
热泵技术对于节约能源、防止环境污染有重要探讨的问题. 基于此,笔者在广州大学城搭建了地埋
意义. 地源热泵技术是一种利用地表浅层地热资源管换热器换热性能实验台,对埋地换热器与土壤之
(也称地热能,包括地下水、土壤和地表水等)的高间非稳态连续换热过程进行实验研究,了解土壤换
效节能空调技术. 由于地下一定深度的土壤、水温度热能力随时间变化的规律,同时比较 3种换热器换
相对稳定,因此,地源热泵与空气源热泵相比,可获热性能和变化趋势,本研究将对该地区开发地源热
得较高的循环性能[ 1 ] . 在地源热泵系统中,高效地埋泵有一定的意义.
管换热器是研究的重要方向. 目前有两种常见的方
1 实验装置
式:水平埋设和垂直埋设. 由于垂直地埋管换热器占
地面积少,换热能力强,因此,国内外更多关注的是实验台搭建在广州大学城校园内一草坪上. 本
垂直地埋管换热器. 主要研究的地埋管形式有:单 U 实验台由地埋管换热器与地上热泵系统构成,图 1
形管、双 U 形管、小直径螺旋盘管、大直径螺旋盘是整个系统的流程图. 系统分为地上部分与地下部
管、立式柱状管、蜘蛛状管、套管式管等形式[ 2 ] . 并建分. 地下部分共设有 3口井,钻孔直径为 120 mm,井
立了各种换热单元模型,通过模拟计算,分析影响换间距离为 5 m. 分别埋入 30 m 长的单 U、双 U 和套
热能力的诸多因素. 在北方地区实验表明:散热工况管换热器. 单 U 及双 U 换热器的管材均为 PPR,管
下,单 U管的单位管长平均换热量为 35 W /m (井深径为 DN15. 套管换热器外管为 PVC管,管径 DN90,
80 m ) ,而双 U管的单位管长平均换热量为 20 W /m 内管为 PPR管,管径为 DN15,各种换热器的管间距
(井深 66 m ) [ 3 ] . 若以单位埋深计,单 U 形埋管的单均为 70 mm. 填埋土为黏土,地上部分设有水箱、水
位埋深换热量约为双 U管的 87. 5 %. 泵、过滤器、热泵机组及转子流量计. 管道中的水首
地埋管换热器的换热能力受地理条件的影响较先在冷凝器中与制冷剂交换热量,变为高温水,到达
大