土壤源热泵系统地下温度场的热平衡模拟

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土壤源热泵系统的地埋管热平衡分析

ｌ工程建设与设计
『ｏｓｕｔｎＤｓａｏｒｅＣｎｔｃｏ＆ｅｇＦｒｏｃｒｌｉＰｊｔ
ห้องสมุดไป่ตู้
土壤源热泵系统的地埋管热平衡分析
ＨｅｔＢａａｃａｌｎｅＡｎａｙｉｏｎ－ｏｒｅＨｅｔｕｍｐｌｓｓｉＧｒｕｄｓｕｃａｎＰ
杨红辉
可行的技术；在我国，建设部和一些省市的建筑节能政策中明
确提出要推广使用地源热泵。
对于传统空调，系统的设计主要是空调方案以及空调设备的优化选择，但对于土壤源热泵系统，其原理是将室内的冷
热量排放到大地中，通过季节转换从大地吸热或排热。其中地
ｕ管的换热效果、土壤温度的恢复周期及土壤热平衡问题。
从土壤取、放热量的平衡问题。
２２目前存在的问题．
根据建筑热工规范我国可分为５个区：严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区、冬暖地区和温和地区。由于巨大的地夏热
域差异，使得大部分地区的建筑物在一年之中的冷、热负荷相差甚大，进而影响热泵系统。Ｒｔ￣ｒＰ等口的相关研究ｏｔｍａＳ］做
地源热泵在欧美国家已得到普遍应用，已被充分证明是成熟
本文结合北京市 “ 远洋ＬＶＥ高端别墅项目，ＡＩ” 根据地温场实测数据和理论分析，从保证建筑物冷热负荷和土壤热平
衡的要求出发，具体分析垂直地埋管的热力性质和特征。根据项目特定的土壤地质条件，总结出地埋管的间距、ｕ管、单双
下环路系统是最为关键的一个环节，深层土壤一年四季相对

土壤源热泵系统地下热平衡问题分析

土壤源热泵系统地下热平衡问题分析杨卫波1 陈振乾2 刘光远1(1.扬州大学能源与动力工程学院，江苏扬州 225009；2.东南大学能源与环境学院，江苏南京 210096)摘要为了探讨土壤源热泵系统地下热平衡问题对土壤温度分布及生态环境的影响，在分析地下热平衡问题产生原因的基础上，以一管群阵列为例，通过模拟计算探讨了不同负荷不平衡率下、在不同运行时间内地下土壤温度的分布状况及其变化趋势，分析了地下热平衡对大地热流及生物生长的影响，并提出了解决地下热平衡问题的方案，所得结论与方法可为土壤源热泵系统的健康发展提供参考。

关键词土壤源热泵地下热平衡生态环境解决方案ANALYSIS ON THE GROUND HEAT BALANCE OF GROUNDCOUPLED HEAT PUMP SYSTEMYang Weibo1Chen Zhenqian2 Liu Guangyuan1(1.School of Energy and Power Engineering, Yangzhou University, Yangzhou 225009; 2. School of Energy andEnvironment, Southeast University, Nanjing 210096 )Abstract In order to discuss the effects of ground heat balance of ground coupled heat pump system(GCHPS) on the ground temperature distribution and ecological environment, the reasons of ground heat imbalance are analyzed, the simulation calculation of a ground heat exchangers group array is carried out to find out the ground temperature distribution and variation trend under different various operation time and unbalance rate of load, the influences of ground heat balance on ground heat flux and biology growth are analyzed, some solutions are also presented to solve the ground heat balance. The results and methods obtained in this paper can provide references for the right development of GCHPS.Keywords Ground coupled heat pump Ground heat balance Ecological environment Solutions0 前言近些年，以浅层土壤热能作为热泵冷热源的既可供暖又可空调及供生活热水的土壤源热泵技术在国际供热制冷界得到了迅速发展，且成为国际上公认的最具发展潜力的采暖空调技术之一。

地下水源热泵系统热平衡预测三维数值模拟

第２６卷９期２０１４年９月
ｄｏｉ：１０．３９６９０．ｉｓｓｎ．１６７４ — １８０３．２０１４．０９．０８
中国煤炭地质
ＣＯＡＬＧＥＯＬＯＧＹＯＦＣＨＩＮＡ
Ｖｏ１．２６Ｎｏ．Ｏ９Ｓｅｐ．２０１４
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏａｃｃｕｒａｔｅｌｙｓｉｍｕｌａｔｅａｎｄｐｒｅｄｉｃｔｖａｒｉａｔｉｏｎｐａｔｔｅｒｎｓｏｆｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒｓｅｅｐａｇｅｉｆｅｌｄａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄｄｕｉｎｒｇｒｏｇｕｎｄｗａｔｅｒ
２．ＳｅｈｏｄｏｆＳｕｒｖｅｙｉｎｇ，ＭａｐｐｉｎｇａｎｄＥｘｐｌｏｒａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＪｉｌｉｎＪｉａｎｚｈｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＣｈａｎｇｃｈｕｎＪｉｌｉｎ１３００００１
问题。
关键词：浅层地温能；地下水源热泵系统；渗流场；热平衡；数值模拟
中图分类号：ＴＵ１１１；ＴＫ５２文献标志码：Ａ
３ＤＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＧｒｏｕｎｄｗａｔｅｒＳｏｕｒｃｅＨｅａｔＰｉｍｐＳｙｓｔｅｍＴｈｅｒｍａｌＥｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍＰｒｅｄｉｃｔｉｏｎ

广东地区地源热泵系统土壤温度场模拟与实验研究

ｔｅｎｔｗｉｔｈｔｈｅａｃｔｕａｌｐｒｏｊｅｃｔ，ａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｅａｈｔｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄｃｈａｎｇｅｓｆｏｓｏｉｌｔｅｐｅｍｒｔａｕｒｅ知ａｒｏｕｄｎｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｓｉｍｕｌｔａｉｏｎｓｂｙｌ￣ｎｆｔａｎｄ
ＺＨＯＵＺｕｏ－ｘｉ，ＷＡＮＧＣｈｅｎｇ－ｙｏｎｇ’ ，ＷＡＮＧＹｕｅ，ＳＯＮＧＹｌｌｚｅ－ｘｉ￣，ＨＵＹｉｎｇ－ｎｉｎｇ
（１．ＦａｃｕｌｔｙｏｆＥｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｉｒｎｇ，ＧｕａｎｇｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０００６，Ｃｈｉｎａ；
２．ＧｕａｎｇｘｉＵｎｉｖｅｒｓｉｙ，ｔＮａｒｍｉｎｇ５３０００４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｇｒｏｕｎｄ－ｃｏｕｐｌｅｄｈｅａｔｐｕｍｐｓｙｓｔｅｍｒＧＣＬＩＰＳ）ｆｏｒｈｏｔｗｔｅａｒａｎｄａｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｙｓｔｅｍｏｎｔｅｈｂａｓｉｓｏｆｉｔｗｅＦｅｅｓｔａｂｌｉｓｅｄｈｉｎＧｕａｎｇｄｏｎｇｒｅｇｉｏｎｗｈｅｒｅｉｔｓｉｈｏｔｓｕｍｍｅｒａｎｄｗａｒｍｉｎｗｉｎｔｅｒ．Ｔｈｅｔｈｒｅｅ－ｄｉｅｎｍｓｉｏｎａｌｎｏｎ－ｓｔｅａｄｙ￣ｔｔｅａｅａｈｔｔｒａｎｓｆｅｒｒｉｎｇｍｏｄｅｌｓｉＣＯｓｉｎｓ－

地源热泵室外地埋管系统冷热不均衡问题解决方案

地源热泵室外地埋管系统冷热不均衡问题解决方案一、冬夏季地下换热量计算：夏季向土壤中排放的热量Q1·= 597KW×（1+1÷5.15) -597KW×（1-1÷3.98)=713-378=335KW冬季从土壤中吸收的热量Q2·= 505KW×（1-1÷3.98)×2=756KW二、埋管孔数计算：冬季地埋管打孔数，口N2=756÷(40×0.045)=420口三、占地面积估算地埋管间距按四米计算，S=420×42=6720m2四、全年冷热不平衡校核计算整个制冷期向土壤排放的总热量：φ1=335KW×18×0.8小时×120×0.9天=整个制热期从土壤吸收的总热量：φ2=756KW×18×0.8小时×120×0.9天=冷热不平衡率U=φ1/φ2=0.443冷热不平衡率取值在0.8—1.15之间，则无需对地埋管系统进行地下温度场的冷热不平衡处理。

冷热不平衡率U＜0.8或＞1.15，则需对地埋管系统进行地下温度场的冷热不平衡处理。

说明：（以机组夏季运行120天、夏季运行120天、每天运行18个小时），空调全负荷使用系数见计算公式，我们按中原地区的气候条件,夏季制冷期为120天(6月1日—9月30日),冬季采暖期为120天(11月15日—3月15日),开动系数(制冷或采暖期内系统的开动天数比率)估算为0.90,主机使用系数为0.8[每天18小时运行,其计算依据是1/(0.17/A+0.39/B+0.33/C+0.11/D),其中A、B、C、D分别是在100%、75%、50%、25%负荷下运转的耗能量。

五、地埋管系统地下温度场的冷热不平衡处理1、冬季采用一台风冷热泵机组供应泳池热水；U=φ1/φ2=0.8862、夏季采用一台风冷热泵机组供应泳池热水；U=φ1/φ2=0.9433、冬季采用一台风冷热泵机组供应游泳馆空调；U=φ1/φ2=0.8864、安装锅炉对地埋系统补充热量:；按需调节5、屋顶布置太阳能，利用太阳能来实现地埋管系统地下温度场的冷热不平衡处理。

土壤源热泵系统热平衡问题探究

和冬季吸收的热量刚好吻合时，全年土壤温度场则变化不会太大，壤源热泵可以长期、续、定地土持稳
收稿日期：００— ６—０２１０７
统，会导致土壤的不平衡性从而影响生态环境的破坏。合理地设置土壤热泵辅助系统不仅可以解决土壤热平衡问题，甚至可以额外节约能耗或节省安装
热泵热失衡问题。
水使用。土壤源热泵系统的研究和项目实施是我国
地源热泵系统三种形式中开始最晚的一种，造价其和运行费用相对也较地下水地源热泵和地表水地源
由于存在土壤热平衡的问题，壤源热泵的推土广出现了较大的困难，目前虽有一些项目投入应用，但热平衡问题的解决并不理想，期运行后土壤温长度是否出现严重偏差依然难以确定。可以说，壤土
５３
２１冷却塔补偿系统．
对于南方地区，季炎热冬季暖和则系统运行夏时必然导致夏季排放的热量远大于冬季吸收的热量。例如浙江省属于夏热冬冷地区，夏季负荷比其冬季负荷大约要高２～４倍。由于夏季地埋管热泵向地下排热时，热量大约为室内制冷量的１２排．５
与南方地区相反，方地区冬季寒冷，季温北夏

无锡某科技住宅项目地源热泵土壤热平衡分析

无锡某科技住宅项目地源热泵土壤热平衡分析摘要：本文利用TRNSYS软件对无锡某采用地源热泵系统的住宅项目进行地下土壤热平衡模拟分析。

模拟运行结果表明：该项目地源热泵工程的热平衡状况良好，符合系统多年稳定运行的条件。

关键词：TRNSYS；地源热泵；热平衡一、工程概况项目地块位于无锡市滨湖区太湖新城板块，观山路和瑞景路交汇处，距中山路-崇安寺商圈约10公里，紧靠无锡新市政府，属于板块中区的生活居住片区，地处板块核心区域，权属明确。

规划用地面积123153.4平米，基地东西长约355m，南北长约370m。

基地地势较平坦，平均黄海高程3.9米左右。

本次计算是针对整个地块建立的模型，囊括了地块内所有采用集中空调及热水系统的楼栋。

二、计算软件及理论本次计算采用的软件版本为TRNSYS_16。

TRNSYS软件中的地埋管换热器模型采用（Duct storage system—DST）中心对称的竖直有限长柱热源模型，基于以下两点假设：1）换热器管群中钻孔均匀布置（忽略钻孔布局形状的影响）；2）钻孔内部是对流换热而外部与土壤之间是导热。

钻孔与土壤之间的热流量大小由流体温度、热交换性能和钻孔周围的土壤温度决定，而温度以及由温差引起的热流沿管道是变化的。

吸收或放出热量的多少将影响土壤综合的传热过程，同时，综合温度场也会对局部传热问题分析产生影响。

假定换热器均匀排列，基于这种对称性，换热器与换热区域也一一对应。

埋管的公共区域面积用表示。

对矩形的钻孔布置而言，钻孔间距为B和，则公共区域面积为：四、系统运行策略天棚辐射系统夏季冷负荷为3134.4KW，冬季热负荷为2076.9KW；新风冷负荷3091KW，新风热负荷1792.6KW，热水设计制热量为760KW。

考虑系统位于夏热冬冷地区，建筑空调全年负荷以冷负荷为主导，故在夏季供冷时，系统的新风冷负荷由新风用冷水机组优先承担，余下不足部分由新风用热泵机组承担。

根据系统负荷和无锡气候特点，系统供冷季设定为5月1日---10月16日，供热季设定为12月15日---3月15日。

198 水源热泵地下水温度变化的模拟分析

水源热泵地下水温度变化的模拟分析中国建筑科学研究院空调所黄涛袁东立摘要：对水源热泵地下水的温度变化进行了模拟分析，研究了换热井不同布置方式以及不同运行策略对地下含水层温度场的变化趋势和变化幅度的影响，为实际工程设计和计算提供了参考。

关键词：水源热泵井群地下水温度场模拟1 绪论能源是国民经济的命脉，也是制约人类社会持续、稳定发展的关键因素之一。

为有效地解决能源短缺问题，除要尽可能节约利用能源和不断提高现有能源的利用效率之外，最根本的途径是不断地谋求新的可再生能源。

水源热泵技术作为一种有益于环境保护和可持续发展的冷热源形式，在国内外空调工程界已经得到了越来越多的应用[1-3]。

对于实际的地下水源热泵工程而言，地下水集中采灌区温度差的显著变化将直接影响到热泵机组的工作效率和工程的持续利用寿命；并且，局部温度场的持续、大幅度变化也可能导致地下水化学组分浓度的显著变化，引发采、灌井的井堵和结垢问题，从而增加工程的维护费用。

可见，不管是出于地下水源热泵采能系统优化设计目的，还是为了保护地下水环境，研究地下水源热泵采能过程中温度场的变化都至关重要，理应成为地下水源热泵技术推广应用的前提和基础。

对于常温地下含水层采能工程而言，集中采能区地温场的扰动幅度主要受能量采集的强度、含水层系统的水文地质条件、采能系统的工艺设计等因素影响。

本文对水源换热井在不同运行策略以及不同布置方式下含水层温度场的变化进行了模拟分析。

2 对井的模拟2.1不同井间距模拟的计算条件：含水层厚度为50m（加上上下底板弱透水层共80m），抽水井和回灌井的流量均为100m3/h，初始水温为15℃，夏季制冷回灌水温为25℃，运行时间为3个月。

抽水、回灌井对的距离分别取20、40、60、80、100和120m。

水源热泵工程集中区地下水温度场的数值模拟分析.

水源热泵工程集中区地下水温度场的数值模拟分析摘要：为了避免地下水源热泵用户集中区用户间的热贯通，需要合理布设取回水井。

文章采用有限单元法建立地下水温和水位数值模型，预测水温和水位的变化趋势，模拟结果区内地下水温冬季变化范围6.3～14.2℃，夏季变化范围11.5～21.2℃，满足水源热泵工程对取回水的要求，能够避免了用户间的热贯通。

通过建立合理的数值模拟，能够定量地分析水源热泵工程抽回水对地下水温度场变化，为合理取回水井设计提供依据。

关键词：水源热泵；地下水位和水温；数值模拟；热贯通[1] 地下水源热泵空调系统是一种利用浅层地热能进行制冷和供暖的采能技术,近年来［2］该系统的工程应用已比较广泛。

在应用过程中，盲目的利用水源热泵技术，在新建水源热泵工程设计过程中有时只考虑满足自身的使用，而忽略了对周围地下水环境的影响，从而造[3-4]成热贯通等现象，导致水源热泵机组换热效率降低。

笔者结合实际项目建立地下水水温和水位的数值模型，预测水温和水位的变化趋势，为在水源热泵用户较多的地区的新建水源热泵工程项目提供参考依据。

2沈阳市某区A项目拟采用水源热泵工程，其采暖和制冷面积为59920.96m。

该项目采33暖期用水量为850432 m，制冷期用水量为678442m，设计抽水井5眼，回水井17眼。

项目3周围水源热泵用户比较多，如图1所示。

B用户距离A100m，用水量26.48m/h，有1眼抽水3井和1眼回灌井；C用户距离A260.0m，用水量90.0m／h ，1眼抽水井，3眼回水井；D用3户距离A区380.0m，用水量为253.0m/h，2眼抽水井，6眼回灌井；E用户距离A100.0m，33用水量为98.0 m/h，1眼抽水井，1眼回灌井；F用户距离A230.0m，用水量为240.0 m/h，抽水井2眼，回灌井7眼，上述用户均利用水源热泵采暖和制冷。

因此对地下水水温和水位进行数值模拟检验对已有用户B-F是否造成热贯通和取回水影响，成了该项目能否通过水行政专管部门审批的关键。

土壤源热泵地埋管群动态负荷模拟换热性能分析

文章编号：1671-6612（2022）02-227-05土壤源热泵地埋管群动态负荷模拟换热性能分析张渊博（中铁第一勘察设计院集团有限公司西安710043）【摘要】建立了土壤源热泵地埋管换热器五根管群流固耦合全尺寸三维传热动态模型，结合实际工程的动态负荷对夏季放热和冬季吸热工况进行了一年期和十年期变负荷间歇动态模拟，分析了全年冷、热负荷平衡时管群之间的热干扰影响及土壤体温度变化情况。

【关键词】土壤源热泵；地埋管换热器；管群；数值模拟；变负荷间歇运行中图分类号TU83文献标识码AAnalysis of Heat Transfer Performance ofBuried Pipe Cluster of Ground Source Heat Pump under Dynamic Load SimulationZhang Yuanbo(China Railway First Survey and Design Institute Group Co.,Ltd,Xi’an,710043)【Abstract 】A full-scale three-dimensional heat transfer dynamic model with fluid-solid coupling for a group of five buriedpipes of a ground source heat pump has been established,and the dynamic simulation model was used in a project case to simulate intermittent operation of one year and ten years with variable loads in the conditions of heat release in summer and heat absorption in winter,the effects of thermal disturbances between pipes of a group and changes in ground temperature were analyzed when the balance of cooling and heat loads throughout the year.【Keywords 】ground source heat pump;ground heat exchanger;buried pipe cluster;numerical simulation;intermittent operation with variable loads作者（通讯作者）简介：张渊博（1986.02-），男，硕士研究生，工程师，E-mail ：********************收稿日期：2022-02-050引言土壤源热泵在国外起步较早，进入20世纪90年代，土壤源热泵的应用和发展进入了一个新的发展阶段。

地埋管地源热泵系统热平衡论文

地埋管地源热泵系统的热平衡【摘要】本文分析了土壤源热泵系统地下热平衡问题的由来及对土壤温度分布和生态环境的影响，分析说明了热平衡的重要性，并提出解决土壤源热泵系统地下热平衡问题的方案。

【关键词】土壤源热泵，地下热平衡，解决方案中图分类号：q938.1+3 文献标识码：a 文章编号：一.前言近年来,以浅层土壤热能作为热泵冷热源的土壤源热泵技术得到了迅速发展，但相比地下水和地表水地源热泵系统其造价较高。

土壤源热泵采用地埋管换热器内循环介质与土壤进行换热，不涉及自然水源的开采要求和污染问题，适用性更广，安全稳定性更高。

地热换热器一般在一定区域内使用垂直单u或双u 型地热换热器采用密集布置方式，也可以利用建筑物本身的内部工程桩和灌注桩来进行密集的土壤换热器群布置。

在这样不断增加的密集型垂直埋管式布置的地源热泵的使用规模使得土壤换热器埋管范围内的土壤热平衡问题关注度不断的上升。

二.关于地下热平衡的问题1.冷热负荷差异土壤源热泵依靠地热换热器（underground heat exchanger）主要的原理在于从地下提取温度差，热泵机组的热量的散失和收集都来源于半径内的土壤，因此，土壤热源泵系统就需要在运行过程中考虑到半径内的土壤中热量的收集和散失之间的平衡问题，这即通常称谓的土壤源热泵热平衡问题。

地下热平衡问题的根源是土壤热失衡，造成土壤热失衡的原因是我国大部分地区的建筑物全年的冷热负荷差异过大，土壤的取放热量不同。

土壤热堆积问题存在久了，超出了土壤自身对热量的扩散能力，土壤渐渐偏离正常温度，使得热泵机组夏天的工作效率和制冷量大大降低。

土壤传热器的传热过程以土壤导热为主，同时包括了空气，地下水体等等，所以土壤的许多方面因素都会对传热过程产生一定的影响。

土壤的热量一部分由地下水带走，一部分是由土壤热传导带走的，热量传输给了大地。

，想让土壤保持热平衡，只要保持空调系统向地下的冷热不平衡差值不超出该地土壤原有散热速度就可以做到。

例析地源热泵项目地下热不平衡影响的定量评估

例析地源热泵项目地下热不平衡影响的定量评估1 地下热平衡校核在笔者参与设计的某奥运村幼儿园能源系统中，地源热泵是冬季太阳能供暖系统的辅助热源、夏季复合蓄冷系统的主要冷源，地源热水器是生活热水的辅助热源，常年运行制热工况。

在夏季，当热泵制冷、热水器制热同时运行时，因地下埋管换热器共用，故成为一个水环热回收地源热泵系统（简称水环地源热泵），如图1.所示。

采用热回收方式，不仅可同时提高地源热泵和地源热水器的运行效率，还可使地源热水器成为地源热泵地下热平衡的技术措施之一。

从表中可以看出，由于采用了太阳能热水系统和跨季节蓄冷系统，水环地源热泵的负荷性质发生了变化，从原来取热量大于排热量转化为排热量大于取热量，即系统运行的整体效果是每年向土壤排入46，000 kWh的热量，地下热平衡不能得到保证。

为实现土壤的热平衡，在本能源系统中需减少向地下的排热量或增大自地下的取热量。

对于前者而言，当跨季节蓄冰系统容量确定后，可采取增加冷却塔的方式辅助散热；而后者则可调整热水系统的运行模式，通过减少太阳能热水系统的有效供热量，来增大地源热泵（制热）和热水器的运行时间，从而达到地下热平衡，但这样将造成太阳能热量的大量浪费，有违太阳能热水系统优化的可再生能源利用原则。

地源热泵向地下的排热量大于其取热量，多余的热量会在地下积累，引起地下年平均温度的升高。

由于地表作为地下热量的散热边界，有助于地下多余热量的散出，待时间足够长以后，每年多余的熱量就可通过地表散出，使地下达到新的热平衡状态，此后地源热泵系统将运行在这个基本稳定的“高温”工况。

所以本节将考察地源热泵在热不平衡条件下，长期运行后对地下温度的影响大小，如果地温重新稳定后的升温幅度较小，系统仍能在正常高效运行，则可以忽略热不平衡所带来的影响；否则，将必须在能源系统设计与控制中采取措施，以实现地下土壤的热平衡。

2 地下热不平衡影响评估为得到系统运行后地下温度的变化规律，需对地热埋管换热器进行详细的传热分析，其基础为单个钻孔的传热分析，对于多个钻孔的情况可在单个钻孔分析的基础上采用叠加原理进行分析处理。

土壤源热泵垂直埋管温度场的数值模拟

１边界条件的确定．５
等效管外壁为第二类边界条件。当热泵运行时
一
去
一－－
㈤
㈩
式中ｑ为单位钻孔散热量，Ｗ／ｍ。
当热泵停止时
图２等效管示意图
Байду номын сангаас
由于采用垂直ｕ型管，两管间距很近，相邻
两管壁会产生相互影响，因而其外表面与土壤的换
’ 罗静丽，女，１８年７月出生，助理工程师９１
维普资讯
ｌ８
‘ 制冷与空调
２００７年第２期
等效管示意图如图２所示。
ｔ —
—
时间，Ｓ。
１初始条件．４
将原始大地看成是等温体，取大地的年平均并值作为土壤的原始温度。
［ｙｒｓＧｒｕｄｓｕｃｅｔｕｐＫｅｗｏｄ］ｏｎｒｅａｐｍ；Ｖｒｃ－ｂ；ＵｓａｙｔｍｅａｒｅｄｏｈｅｉＵｔｅｎｔｄｐｒｔｅｌｔａｌｕｅｅｕｆｉ
０引言
掌握和了解地下换热埋管周围的土壤温度场的分布是进行土壤源热泵系统优化设计和经济运行的关键和前提。着土壤源热泵的启停及运行时随间的变化，下埋管周围的土壤温度分布呈非稳态地特性。对地下垂直换热埋管周围非稳态温度场进行数值模拟，有利于合理设计地下换热埋管的埋深、数量及间距，对提高热泵系统的性能系数和经济性，降低热泵系统初投资具有十分重要的意义。本文建立了垂直Ｕ型埋管式土壤源热泵地下埋管周围非稳态温度场的物理和数学模型，并利用ＭＡＬ软件中提供的解偏微分方程的功能进行Ｔ了数值模拟，析了影响温度场分布和垂直埋管传分热性能的因素，为Ｕ型垂直埋管式土壤源热泵的设计提供了参考依据。Ｊ

土壤源热泵系统热平衡问题浅析

土壤源热泵系统热平衡问题浅析摘要：热泵技术是最有效的建筑节能技术之一，近年来，土壤源热泵以其良好的环境效应和节能效果受到极大关注，但是土壤源热泵在应用时存在着部分地区冷热不平衡的问题，因此，如何克服热平衡弊端，扩大土壤源热泵的适用范围已经成为一项热门课题，本文提出了几种克服土壤热平衡问题的解决方案，为今后的土壤源热泵设计提供参考。

关键词：土壤源热泵热平衡复合热源热泵1前言地下一定深度的土壤温度相对稳定，土壤源热泵就是利用土壤相对于空气而言，冬季温度高而夏季温度低的特点，以大地作为热源与建筑物进行热交换，从而达到节能的目的，因此被称为21世纪的“绿色空调技术”。

它不需要任何形式的人工热源，冬季从土壤中提取热量，向建筑物供暖，同时蓄存冷量，以备夏用；夏季向建筑物提供冷量并将建筑物的排热量释放到土壤中，同时蓄存热量，以备冬用。

土壤源热泵系统要保持长期高效运行，就必须保证土壤的热平衡，即冬夏季从土壤中提取和释放热量的平衡，保证以年为周期时的土壤温度场的稳定。

2土壤源热泵系统土壤热平衡问题原因分析2.1冷热负荷不平衡我国幅员辽阔，各地区气候差异较大，很多地区建筑物全年冷、热负荷差异很大，导致土壤源热泵系统冬季从土壤中提取的热量和夏季释放到土壤中的热量难以平衡，因此，土壤源热泵在应用时若不采取措施，而是直接根据需求量取热和放热用以满足冬夏负荷需求，必然会导致土壤温度偏离其原始温度，即土壤热不平衡现象，导致系统性能下降。

在北方地区，冬季热负荷大于夏季冷负荷，热泵从土壤中提取的热量大于夏季向土壤中释放的热量，导致土壤温度降低，机组蒸发温度降低，系统耗功量增加，供热量减少，热泵的循环性能系数COP降低；在南方地区，夏季冷负荷大于冬季热负荷，热泵向土壤中释放的热量大于冬季从土壤中提取的热量，导致土壤温度升高，机组冷凝温度升高，系统耗功量增加，制冷量减少，热泵的能效比EER降低。

因此，土壤源热泵适用于冬夏冷热负荷相差不大的地区，根据实测和理论计算，一般情况下，建议冬夏向土壤的吸排热量相差不大于20%为好[1]。

严寒地区土壤源热泵系统热平衡问题分析

ｍ，４Ｘ４阵列的埋管群作为分析对象建立模型来计算．计算区域如图１所示，水平与垂直方向均为３５ｍ．将
收稿日期：２０１２ — ０９— １２．作者简介：王鹏轩（１９８９一），男，吉林省长春市人，在读硕士研究生
保持室内温度满足舒适性的同时，使土壤温度升高．严寒地区冬季寒冷供暖期长，夏季凉爽供冷周期短，系统长期在供热／制冷不同工况下交替循环．由于严寒地区全年冷热负荷的不均衡性，导致热泵系统从土壤中的
取热量大于排热量，土壤温度场会出现“ 热失衡” 现象．系统长期运行后，会使土壤换热器周围的土壤温度不断降低，影响热泵系统工作效率，这就是土壤源热泵系统的热平衡问题．近年来，许多学者为解决这一问题进行了大量研究工作．扬州大学杨卫波【ｌ等以一典型的钻孔间距为５
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓａｎａｌｙｓｉｓｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆｇｒｏｕｎｄ－－ｃｏｕｐｌｅｄｈｅａｔｐｕｍｐｓｙｓｔｅｍａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｓｅｖｅｒｅｃｏｌｄｒｅｇｉｏｎｓｗｈｅｒｅｈａｓａｈｕｇｅｈｅａｔｄｉｆｅｒｅｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｔａｋｉｎｇａｎｄｒｏｗｉｎｇｆｒｏｍｔｈｅｓｏｉｌ，ｒｅｓｕｌｔｉｎｇｉｎｈｅｔｅｍｅｒ－ｇｅｎｃｅｏｆｔｈｅｍａｒｌｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍｐｒｏｂｌｅｍＡｔｈｅｔｍｅａｎｔｉｍｅ，ｉｔｒａｉｓｅｄａｃｃｅｐｔａｂｌｅｓｏｌｕｔｉｏｎｓｔｏｓｏｌｖｅｈｅｔｇｒｏｕｎｄ—ｃｏｕｐｌｅｄ

太阳能补热热泵供暖实验及地温场热均衡模拟研究

太阳能补热热泵供暖实验及地温场热均衡模拟研究贾子龙;郑佳;张耀斌;陈珂;刘爱华;李娟【期刊名称】《煤田地质与勘探》【年(卷),期】2024(52)1【摘要】为探索多能互补的清洁能源供暖技术,满足北京市村镇分散式建筑清洁供暖需求,在北京农村地区建设太阳能-地源热泵复合式系统,进行太阳能补热热泵供暖实验,并利用COMSOL软件开展地温场热均衡模拟研究。

结果表明:相较单一地源热泵系统,太阳能补热热泵供暖方案下,地源侧出水温度提升23%,系统制热能效比(Coefficient of Performance,COP)和机组COP分别提升19%、25%;系统运行10 a,地源热泵系统单季节运行方案下总的取热量要多于间歇期自然恢复量,地温场总均衡为-8.91×10^(9)kJ;单一地源热泵方式运行和太阳能补热方式运行在双季节情况下总的取热量小于总的排热量,地温场总均衡分别为4.220×10^(9)、1.084×10^(10)kJ。

因此,双季节运行方案对地温场不会产生负均衡,反而会对地温场有一定的热量补充。

地源热泵系统运行中加入太阳能补热,对地温场的影响更小,可显著提升系统和机组效率,该模式适用于北京农村地区特别是供暖需求较大的建筑。

【总页数】9页(P159-167)【作者】贾子龙;郑佳;张耀斌;陈珂;刘爱华;李娟【作者单位】北京市地热调查研究所;自然资源部浅层地热能重点实验室;中国地质大学(北京)水环境与资源学院【正文语种】中文【中图分类】P314;TU831【相关文献】1.基子徽细通道集热／蒸发器的太阳能热泵热水系统性能模拟与实验研究2.太阳能集热器与热泵联合供暖装置的实验研究3.地下水源热泵系统和太阳能辅助热源系统的地温场数值模拟研究4.不同散热末端下直膨式热泵供暖系统热舒适性的实验与模拟研究5.利用光伏太阳能—热泵储热联合运行供暖系统研究——以张家口为例因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

土壤源热泵系统地下热平衡问题分析

➢ 通过全年动态模拟来得出辅助冷热源设备的开启条件及时间。
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埋管的合理设计、运行调控及其监控
➢ 地下埋管排列布置的优化设计主要是对单根埋管所包含蓄能体的体形系数的优化；
➢ 地下蓄能与释能过程的合理调控
基于地热能利用中的时空效应，通过改变蓄存能量作用于蓄能体中的时间、空间及强度来控制蓄能与释能过程，从而实现能量在蓄能体中的再分布，以利于聚集能量的及时扩散，避免热堆积现象的发生。
释能结束恢复后
先外后内释能模式土壤温度分布
28
（1）从能源有效利用的角度考虑（防止热扩散）外强内弱模式优于内强外弱模式，先内后外模
式优于先外后内模式。（2）从土壤热平衡角度考虑（强化热扩散）
内强外弱模式优于外强内弱模式，先外后内模式优于先内后外模式
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➢ 埋管区域土壤温度变化的监控
在埋管区土壤关键位置设置温度传感器，及时监控土壤温度的变化，一旦温度超过设定置时，可以开启辅助调峰设备，避免热堆积。
11
运行一年后土壤温度分布/℃
12
运行10年后土壤温度分布/℃
13
中心温度/℃
18.0
17.5
17.0
16.5
16.0
15.5
15.0
14.5
14.0 0
2
4
6
运行时间/年
8 10
埋管区中心温度随运行时间变化
14
地下热平衡对局部生态环境的影响
生态系统是指一定空间中的生物群落与环境组成的系统，其中各成员借助能量和物质循环形成一个有组织的功能复合体，任何一个子成员能量与物质的改变都会破坏原有生态系统的正常循环。
பைடு நூலகம்21
22

土壤源热泵系统中地埋管换热器热平衡问题及解决方案

１地下土壤热失衡的原因
我国幅员辽阔，地域建筑物在一年之中的各冷、热负荷相差甚大。冬季通过热泵提取地下的
温度降低１会使制取同样热量的能耗增加３ｏＣ，％
～
４。同理，于南方地区，％对由于夏季空调冷负
ＨｅｔＢａａｅＰｒｂｅｒｕｅｔＥｘｈｎｅｎｄＳｌｔｏｓｉａｌｎｃｏｌｍＧｏｎｄＨａｃａｇｒａｏｕｉｎｎＧｒｕｏｎｄ — ｓｕｒｅＨｅｔＰｕｐＳｙｔｍ — ｏｃａｍｓｅ
向土壤的排放热量。此时，了使土壤能够维持为
作者简介：龙华，业于黑龙江省机械制造学校，炉制造专业，就职于华洁公司，事新能源开发工作。范毕锅现从
４４
第１期
Hale Waihona Puke 范龙华，：等土壤源热泵系统中地埋管换热器热平衡问题及解决方案
ＫｅＷｏｄ：ｒｕｄ—ｓｕｃｅｔｐｍｐ；ｂｒｄｔｂｘｈｎｅ；ｃｅｃｅｔｆｐｒｒｎｅ；ｅｅｇｙｒｓｇｏｎｏｒｅｈａｕｕｉｕｅｅｃａｇｒｏｆｉｎｅｏｍａｃｅｉｏｆｎｒｙ
负荷基本相等，因此，直地埋管地源热泵的最佳垂使用区域是夏热冬冷和冬夏冷热负荷相当的地
区。在寒冷地区由于其冬季热负荷大于夏季冷负荷，成热泵从地下土壤的吸热量大于夏季向土造壤的排热量，致使土壤温度逐渐降低、备耗功率设上升、热性能系数ＣＰ降低，供Ｏ一般情况下，土壤

矿产

矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。

如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。

㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。

(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。

如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。

对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。

二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。

2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。

㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。

2、矿产品价格稳定性及变化趋势。

三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。

2、矿区矿产资源概况。

3、该设计与矿区总体开发的关系。

㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。

2、矿床开采技术条件及水文地质条件。

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LIU Yanyun （ Shanxi Architectural Design Institute，Taiyuan 030013 ，China）
Abstract： Taking the Post Mansion of Shanxi as the engineering background，the paper undertakes the detailed calculation for the equipment fee，the energy consumption statistics，the engineering cost，the civil construction cost，the capacitysupplement fee，the network access pricing and the operation fees for the four airconditioner systems’cold and heat source schemes， undertakes the statistics for the for the central heating， primary investment and the yearly operation cost，and has the reasonable selection for the cold and heat source for owners based on the technical conditioner system． analysis of all schemes，so as to ensure the reasonable and economical operation for the airKey words： analysis of cold and heat source scheme，primary investment，yearly operation fee，economical and technical analysis
摘
要：以成都来福士广场的土壤源热泵工程为例，采用 Fluent6． 2 软件的 Transient Solver 模块对该项目的地下温度场进行了模拟
分别按照土壤源热泵间歇运行模式和连续运行模式来模拟计算地下温度场 20 年，从模拟结果可以清楚的看到，间歇运行模计算，式下土壤的热平衡状况良好，突出了地下温度场的取热量和排热量的平衡是保证土壤源热泵系统长期稳定运行的重要因素。关键词：土壤源热泵，温度场，模拟计算中图分类号： TU832． 1 文献标识码： A 夏季地埋管的每延参数情况采用热响应测试报告中的相关数据，米排热量 70 W / 延米，冬季地埋管的每延米取热量为 40 W / 延米。本次数值计算采用四边形网格和三角形网格相结合的混合网格，网格节点数目大约为 978 250 个，整个计算区域的尺寸为 46 × 28 ，单位为 m，其中埋管数为 7 × 4 个。图 1 和图 2 分别显示了整个模拟区域内网格划分以及双 U 形埋地换热器周围网格划分的详细情况。计算结果分为如下两个方面进行模拟分析：方案一（本项目地下设计工况）：土壤源热泵系统承担 12 月～ 3 月的冬季热负荷，温度场恢复 3 个月，然后承担最热月 7 月～ 9 月 3 个月的夏季冷负 3 荷，并连续运行个月；方案二：土壤源热泵系统承担 12 月～ 3 月冬
· 142·
第 38 卷第 36 期 2012 年12 月
SHANXI
山
西
ARCHITECTURE
建
筑
Vol． 38 No． 36 Dec． 2012
文章编号： 1009-6825 （ 2012 ） 36-0142-02
土壤源热泵系统地下温度场的热平衡模拟分析
宋智军
（大同市规划设计院，山西大同 037006 ）
季热负荷，接着土壤源热泵系统以制冷模式运行，承担 4 月～ 6 月 3 。两种模个月的夏季冷负荷，其余时间为地下温度场的恢复期 2 软件模拟计算土壤温度场由于时间限制，对整个埋管区域进行模拟计算是不现实的，式下均模拟计算 20 年。现选择有代表性的 7 × 4 个埋管区域进行模拟计算，由局部温度场推测整个温度场的变化情况。
2． 1
数值计算
针对土壤温度场的计算模型采用二维无限大矩形区域内非
基本描述如下：稳态热传导模型， 2 2 T T T = α（ 2 + 2 ）。 τ x y r≤ 槡 T（ x， y ） = T0 ； x +y ＜∞， τ = 0， T T = q w （ τ）； x2 + y2 = r ， = τ ＞ 0，槡 x y x→∞ ， y→∞ ， T（ x， y ） = T0 。 τ ＞ 0，本次计算是基于 Fluent6． 2 软件的 Transient Solver 进行的，其中边界采用了 UDF（ User Defined Function）方法，计算过程中物性
2 2
图 1 整个模拟区域计算网格划分图
图 2 双 U 形埋管换热器周围细分网格
2 ． 2 拟计算结果及分析 2 ． 2 ． 1 方案一地下土壤热平衡分析
在此模拟计算过程中，冬季土壤源热泵系统向土壤取热结束恢复 3 个月，然后以制冷模式运行向土壤排热 3 个月，进行后， 20 年的模拟计算。
櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅
On economical and technical analysis of airconditioner cold and heat source scheme of the Post Mansion of Shanxi
1
项目简介
成都来福士广场位于成都市人民南路四段 3 号（原四川省博整个建筑群包括五星级酒店 1 座连 4 层裙楼零售商业及 4 层地下室，总建筑面积 2 围护结构负荷新型节能建筑的要求，建筑物的冷热负约 31 万 m ，荷明显低于传统的老式建筑。成都来福士广场的部分建筑采用土壤源热泵作为建筑的冷热满足建筑群夏季供冷和冬季供热的需要；土壤源热泵系统源系统，的供热量为 3 000 kW；土壤源热泵系统的供冷量为 3 500 kW；地埋管间距 6 m，深 100 m，总孔数 580 个；现对地下温度场的热平衡进行 20 年的模拟计算，以确定土壤源热泵系统对地下温度场的影响情况。