[发明专利]一种基于阻容模型的地埋管换热器传热计算方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于阻容模型的地埋管换热器传热计算方法及系统。所述基于阻容模型的地埋管换热器传热计算方法包括：获取各土壤层当前时刻的供水管内流体介质平均温度、各土壤层上一时刻的回填区计算节点温度和各区域环上一时刻的岩土体计算节点温度；计算当前时刻的传热热阻；由各土壤层当前时刻的供水管内流体介质平均温度、各土壤层上一时刻的回填区计算节点温度、各区域环上一时刻的岩土体计算节点温度和当前时刻的传热热阻，计算各土壤层当前时刻的节点温度和各区域环当前时刻的岩土体计算节点平均温度。本发明能提高土壤源热泵系统的可靠性，从而最大限度地实现高效稳定的运行。

技术领域

本发明涉及地埋管换热器领域，特别是涉及一种基于阻容模型的地埋管换热器传热计算方法及系统。

背景技术

土壤源热泵系统以土壤作为热源或热汇，利用地埋管换热器在冬季把土壤中的热量取出供给室内采暖，夏季把室内的热量转移到土壤中对室内进行降温。地埋管换热器的设计是否合理极大程度上决定了土壤源热泵系统的经济性与运行的高效性。因此地埋管换热器的设计计算必然地成为土壤源热泵系统设计中最重要的一环。对于工程设计，一种快速、准确的设计方法是目前所欠缺的。

现有的竖直地埋管换热器的设计计算方法可分为四类：第一类是以热阻概念为基础的半经验性公式计算方法，根据冷、热负荷估算地埋管换热器所需的埋管长度，此方法未考虑系统长期运行时地层热阻的变化；第二类是以数值模拟为基础的传热计算方法，运用有限元或有限差分法求解地下土壤的温度响应并进行传热分析计算，但此类方法耗费大量的计算资源和时间；第三类是基于叠加原理和解析解的软件设计计算方法，更适用于系统设计的参数优化问题；第四类是工程设计中常用的单位延米换热量法，以热响应测试所得的单位延米换热量估算出地埋管长度，此方法夸大了地埋管的实际换热能力，导致地埋管的设计长度不足。

现有的竖直地埋管换热器的设计计算方法中，以数值模拟为基础的传热计算方法，运用有限元或有限差分法求解地下的温度响应并进行传热分析，耗费大量的计算机资源和计算时间，在目前还只适用于研究工作中的参数分析，而不适用于实际的工程设计及工程模拟；基于叠加原理和解析解的软件设计计算方法，在求得单个钻孔每一个传热环节的热阻解析式的基础上，利用叠加原理处理多孔几何布置问题和建筑全年动态负荷问题，更适用于系统设计的参数优化问题，无法分析岩土体的温度分布；单位延米换热量法以冬季土壤取热负荷除以热响应测试所得的单位延米换热量，考虑空调系统同时使用系数和机组制热性能系数等因素后得到地埋管设计长度，只能反映出系统运行初期钻孔内热阻条件下的传热能力，但在实际运行时地层热阻将不断增加，使土壤换热能力下降，达不到系统可靠性要求并严重影响室内环境。

目前国内外使用的地埋管换热器设计方法是基于热阻概念的半经验公式方法，无法合理反映土壤源热泵系统实际运行时近壁处土壤的蓄放热特性，造成系统运行时的地埋管换热量小于热泵机组所需的换热量，使得热泵机组出力小于建筑实时冷热负荷需求，达不到系统可靠性要求并严重影响室内环境。

发明内容

基于此，有必要提供一种基于阻容模型的地埋管换热器传热计算方法及系统，建立准确、合理、有效的非稳态传热计算模型，以提高土壤源热泵系统的可靠性，从而最大限度地实现高效稳定的运行。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于阻容模型的地埋管换热器传热计算方法，包括：

获取各土壤层当前时刻的供水管内流体介质平均温度、各土壤层上一时刻的回填区计算节点温度和各区域环上一时刻的岩土体计算节点温度；所述回填区计算节点温度包括供水管侧贴壁回填区平均温度、回水管侧贴壁回填区平均温度、供水管侧回填区平均温度和回水管侧回填区平均温度；

计算当前时刻的传热热阻；所述传热热阻包括流体介质与贴壁回填区之间的传热热阻、贴壁回填区与钻孔壁间的导热热阻和岩土体计算节点的导热热阻；