条形地埋管区域土壤换热特性的数值模拟

摘要：本文以某客运站的地源热泵系统为例，对条形地埋管区域的土壤换热特性进行了数值模拟。通过模拟结果分析与比较了两种不同运行策略下全年土壤温度的变化情况。就全年运行而言，地埋管的换热效率在高负衙间歇运行方式下优于低负荷连续运行。在高负荷间歇运行的方式下全年土壤温升也远小于低负荷连续运行的方式，土壤温度恢复特性相对更好。

关键词：地源热泵运行策略土壤温度数值模拟

0 引言

地埋管区域的管群换热特性对地源热泵系统的长期稳定运行影响很大，对全年运行情况进行模拟所得到的结果有利于对地埋管系统的设计和运行尽早做出合理判断或改进。近些年一些研究㈣对典型区域的管群周围土壤温度进行了较长时间的数值模拟，取得了不少对实际工程有指导意义的成果。但研究对象集中于常见的正方形、矩形及其组合形状等地埋管区域。对于长宽比较大的矩形区域，即条形地埋管区域，目前还缺乏相关文献研究。

在管群换热特性的影响冈素研究方面，除了减小冷热负荷的不平衡率外，有文献指出合理控制冷热负荷强度，有利于地温恢复并实现地源热泵系统经济节能运行的目的Ⅲ；也有文献讨论了在地源热泵运行中通过可控间歇过程恢复地下温度以弥补土壤传热慢的不足翻。但对这些影响因素进行比较研究的文献还比较少。

本文以某客运站地源热泵系统为例，在两种不同的系统运行策略下(一种实现可控间歇过程，另一种控制负荷强度，详见下文)，对钻孔式地埋管条形Ⅸ域的换热特性进行全年数值模拟研究，为系设计和运行的合理化提供参考。

1 工程概况

某客运站实际T程采用钻孔式地埋管地源热泵系统，承担客运站的部分夏季冷负荷和全部冬季热负荷。铁轨下地层由于受到列车行进引起的强烈振动而不宜布置地埋管，实际t程选择在铁轨间各个站台下的地层中布置钻孔式地埋管。客运站的南、北两个地块分别布置了若干个条形单元埋管区，每个单元的地埋管数目为70个。丁程采用单u型地埋管，孔径l 10mm，有效深度为90m(地下2m到地下92m)。图l为每个单元埋管区上半部的钻孔布置示意图(上下对称)，钻孑L之间的纵向间距为4m，横向间距为5m。各单元埋管布置形式相同，且相邻单元之间的最小距离达16m，因此无须考虑不同单元管群之间的热干扰。

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