不同分層地質(zhì)結(jié)構(gòu)下地源熱泵豎直雙U埋管換熱影響研究.pdf

1、地源熱泵系統(tǒng)是我國(guó)目前比較成熟的一種新能源開發(fā)方式，因其污染較小，能效較高的優(yōu)點(diǎn)而成為國(guó)家的能源利用重點(diǎn)發(fā)展的方向之一，是日漸崛起的冷熱源新方案。國(guó)內(nèi)對(duì)于地源熱泵的的研究主要從建筑負(fù)荷、地埋管循環(huán)水流速、巖土體初始溫度及埋管換熱器的布置等耦合展開，但是我國(guó)的地源熱泵技術(shù)推廣并沒有進(jìn)入較完善的發(fā)展模式。地埋管換熱器，是地源熱泵系統(tǒng)的根本所在，在地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，對(duì)巖土物性參數(shù)的確定許多地區(qū)僅根據(jù)個(gè)人經(jīng)驗(yàn)和局部測(cè)試，對(duì)某個(gè)鉆孔進(jìn)行熱響

2、應(yīng)實(shí)驗(yàn)，將巖土體視為均勻物體，得到巖土綜合導(dǎo)熱系數(shù)，忽視了豎向巖土體存在著地質(zhì)分層構(gòu)造。
　　本課題以豎直埋管地源熱泵系統(tǒng)為研究對(duì)象，以前期調(diào)研資料和前人提出的三維單孔、管群模型為基礎(chǔ)，建立不同地質(zhì)結(jié)構(gòu)下的三維單孔和管群多層地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型，控制地質(zhì)結(jié)構(gòu)中巖土體的導(dǎo)熱系數(shù)和深度，進(jìn)行單因素分析。
　　依據(jù)實(shí)際工程勘探數(shù)據(jù)，以三維單孔模型為基礎(chǔ)，建立地源熱泵豎直雙 U多層地埋單孔模型，并進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，將數(shù)值解和測(cè)試值進(jìn)行對(duì)比分析，

3、結(jié)果顯示地源熱泵豎直雙U多層地埋模型與實(shí)際熱響應(yīng)工況接近，所建物理模型可以應(yīng)用于實(shí)際工程。
　　以實(shí)際熱響應(yīng)測(cè)試地質(zhì)情況為基礎(chǔ)建立的豎直雙 U多層地埋單孔模型為基準(zhǔn)地質(zhì)結(jié)構(gòu)，引入巖土導(dǎo)熱系數(shù)λi和巖土體深度 hi來表征不同的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，即所有的不同地質(zhì)結(jié)構(gòu)都可以用巖土導(dǎo)熱系數(shù)λi和巖土體深度 hi的變化回歸到基準(zhǔn)模型上，探索導(dǎo)熱系數(shù)λi與深度hi的變化而引起的鉆孔換熱性能的變化，發(fā)現(xiàn)豎直雙U多層地埋單孔模型的巖土體上、中、下層各層巖

4、土體的正、負(fù)變化率（導(dǎo)熱系數(shù)增大、減小）與平均換熱系數(shù)變化率之間的函數(shù)關(guān)系式，以及可以評(píng)價(jià)為兩種地質(zhì)結(jié)構(gòu)相似的上、中、下層巖土體的導(dǎo)熱系數(shù)絕對(duì)變化率極限大約分別為33％、16%、11%。
　　以實(shí)際熱響應(yīng)測(cè)試地質(zhì)情況為基礎(chǔ)建立的豎直雙 U多層地埋管群模型為基準(zhǔn)地質(zhì)結(jié)構(gòu)，引入巖土導(dǎo)熱系數(shù)λi和巖土體深度 hi來表征不同的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，即所有的不同地質(zhì)結(jié)構(gòu)都可以用巖土導(dǎo)熱系數(shù)λi和巖土體深度 hi的變化回歸到基準(zhǔn)模型上，控制各地質(zhì)層導(dǎo)熱系

5、數(shù)λi與深度 hi，進(jìn)行深入的換熱分析，探索導(dǎo)熱系數(shù)λi和深度 hi的變化和換熱性能之間的聯(lián)系，找尋管群模型時(shí)新的地質(zhì)結(jié)構(gòu)與基準(zhǔn)模型地質(zhì)相似的評(píng)價(jià)參數(shù)和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。發(fā)現(xiàn)豎直雙U多層地埋管群模型的巖土體上、中、下層各層巖土體的正、負(fù)變化率（導(dǎo)熱系數(shù)增大、減小）與平均換熱系數(shù)變化率之間的函數(shù)關(guān)系式，以及可以評(píng)價(jià)為兩種地質(zhì)結(jié)構(gòu)相似的上、中、下層巖土體的導(dǎo)熱系數(shù)絕對(duì)變化率極限大約分別為37%、19%、14%。
　　提出了建立地質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫平

6、臺(tái)的思路，并分析了數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)來源、建立方式和整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的組成。以西南喀斯特地質(zhì)區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)資料，建立了對(duì)應(yīng)的地質(zhì)條件數(shù)據(jù)庫，并分析了西南喀斯特地質(zhì)區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)的成因、特征以及對(duì)土壤源熱泵系統(tǒng)鉆孔施工的影響，針對(duì)喀斯特地區(qū)的鉆孔難題提出了一些較有效的實(shí)際工程的鉆孔施工技術(shù)，為地質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫編譯熱響應(yīng)測(cè)試分析計(jì)算軟件。
　　通過該課題的研究，可以得到豎直雙U多層地埋單孔和管群模型的巖土體上、中、下層的巖土導(dǎo)熱系數(shù)λi或巖土體深度

7、hi的改變與換熱性能之間的函數(shù)關(guān)系式，函數(shù)關(guān)系式可以更加清晰的展示巖土體導(dǎo)熱系數(shù)和換熱效果之間的聯(lián)系，可以為不同地質(zhì)結(jié)構(gòu)下的管群換熱效果評(píng)價(jià)提供依據(jù)。也得到各層地質(zhì)層巖的導(dǎo)熱系數(shù)絕對(duì)變化率極限，可以作為新的地質(zhì)結(jié)構(gòu)與基準(zhǔn)地質(zhì)結(jié)構(gòu)相似的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，依照評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照基準(zhǔn)地質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫，可以估算得到該地質(zhì)區(qū)單孔工況下的單位延米換熱量和管群工況下的平均換熱系數(shù)，這兩個(gè)參數(shù)大致反映了該片地質(zhì)區(qū)管群工況下的換熱性能，不僅可以為工程開展前項(xiàng)目論證階段提