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文档简介

1、两种地源热泵竖埋 U 型换热器计算模型适用性比较地源热泵因其高能效的优势，在我国应用和发展的如火如 荼，但因有些工程缺乏科学设计而实际效果不够理想。 因为地下 换热器直接影响地源热泵工程经济性及长期运行性能， 因此是地 源热泵工程设计中最关键的环节。 地下换热器设计需要岩土热物 性参数， 并且需要对长期性能进行预测， 这两项工作都需要准确 而实用的计算模型。目前地下传热模型不下几十种， 大部分一维模型皆采用基于 线热源理论或柱源理论的近似解析模型。 由于解析模型采用恒热 流假设， 当不满足恒热流条件或变热流工况时， 必须做繁琐的处 理。而三维或二维数值模型适应于任意变热流工况。 但由于实际 换

2、热器几何区域大， 计算时间跨度长， 全三维或简化的二维数值 计算需都要大量的计算机内存和时间，工程实用性有待提高。本文通过对经典的线热源解析模型以及一维数值模型的比 较分析，以验证其工程实用性。1 线热源解析模型竖埋U型管地源热泵空调系统如图 1所示。一般假设孔内传 热为稳态，孔外为非稳态。线热源模型在恒热流条件下给出流体平均水温 Tf 以及孔壁 温度Tw随时间的变化：3 两种模型比较3.1 实测基本数据 以绵阳某场地的测试数据为基础进行验证。 该场地地质结构 如图 3 所示。基本数据如表 1。实测进口温度从23.3 C到33.6 C,出口温度20.4 C从到 35C,平均温差1.6 Co根据

3、实测流速以及进出温度， 算得测试期间内平均热负荷为 64W/mo土壤热物性参数系根据 地源热泵工程技术规范 线热源解 析模型反求得到。3.2 平均水温实测与计算比较3.2.1 解析模型只能以恒热流作为输入才方便计算，因此取测试平均负荷进行计算得到流体平均温度。参见（2）式。若要在变热流条件下计算，必须采用g函数。3.2.2 数值模型适用于任意负荷，并且水温与负荷之间存在关联，所以以实测进口温度作为输入条件， 反复迭代求得出口温 度及负荷。计算程序采用基于本文数值模型的软件一西华地热。 数值方法可以直接输入每个时步的阶跃负荷。无穷远半径取10m径向节点为 151 个，时间步长 5mino实测平均

4、水温及两种模型计算平均水温见图4，解析模型与实测值的偏差及数值模型与实测值的偏差见图 5o图 4 和图 5 表明，本例数值解及解析解整体上与实测值非常 接近。大部分情况下，偏差在 0.5 C以内。数值模型更接近实测值，数值模型的最大偏差约 1C,而解析模型的最大偏差超过2C。特别是是在计算初期（2hr以内），数值模型比解析更准确，这是因为，初期传热不满足恒热流条件，这是解析模型的适 用基础，而数值模型计算不以恒热流为条件。 总之数值方法可靠， 能够用于工程分析。 值得强调的是， 数值模型处理变热负荷非常 方便。结语比较了地下换热器线热源解析模型以及一维数值模型， 主要 结论有：4.1 整体上数值解及解析解整体上与实测值非常接近。大部分情况下，偏差在0.5 C以内

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