地源热泵竖埋U形换热器一维数值模型

摘要：地下换热器传热模型是地源热泵系统长期运行性能预测的基础。基于合理的简化处理,在柱坐标下建立了一种新的单孔及多孔竖埋U形换热器一维非稳态传热数值模型,并给出了求解算法。该模型基于任意时变冷热负荷,预测换热器进出水温及地温。用3组单孔实测数据进行了验证,出口水温模拟值与实测值最大绝对偏差为0.8℃,说明模型可靠准确。全年逐时动态模拟消耗机时不足1 min。综观计算功能、准确性及快速性,本模型可以作为地源热泵地下换热器设计分析的强有力的工具。

0 引 言

地源热泵在我国发展迅速，然而有的工程缺乏科学规划¨J。由于地下换热器直接关乎地源热泵工程经济性及长期运行性能，其科学设计尤为重要。目前流行的计算方法大都基于逐月平均负荷、峰值负荷数据进行地下换热器设计。实际上以逐时负荷为基础进行地下换热器设计是最准确的方法，而逐时模拟需要准确的传热模型及快速的计算方法。

文献[2]对地下传热模型进行了较为全面的综述。大部分地下传热模型皆采用基于线源理论或柱源理论的近似解析模型。近似解析模型中，通常孔内作稳态近似，孔外进行非稳态计算。解析模型

采用恒热流假设，为适应变热流工况必须作繁琐的处理。有的解析模型计算时间也很长。

有的学者也采用了三维或平面二维数值模型进行分析。数值计算可以不区分孔内孔外，对变热流工况适应性强，但由于实际换热器几何区域大，计算时间跨度大，全三维或简化的平面二维数值计算都需要大量的内存和时间，工程实用性不强。

文献[11]给出了一种综合数值模型，对换热孔部分内区采用数值模型计算，外区采用有限长线热源解析模型计算，仍需要较长计算时间。

本研究面向工程应用，建立新的地下换热器非稳态传热一维数值模型及其算法。该模型基于逐时冷热负荷快速预测进、出水温以及平均地温，从而为地下换热器的设计、评估提供依据。

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