1、土壤源熱泵利用地下巖土作為熱泵機組的低品位熱源(匯),具有高效節(jié)能、環(huán)境友好的優(yōu)點,但是由于傳統(tǒng)垂直 U型土壤源熱泵系統(tǒng)鉆孔費用較高,特別是重慶、成都等巖石地質結構,初投資高,經濟性差,在技術推廣過程中阻力較大。對于螺旋型地埋管換熱器而言,由于其能夠依托建筑基礎,可較大程度節(jié)約鉆孔費用,減少了系統(tǒng)初投資,有利于技術推廣應用。但是由于螺旋型地埋管換熱器幾何結構較為復雜,且具有埋深淺、樁徑大的特點,其傳熱機理與換熱特性有異于傳統(tǒng)垂直U型地埋

2、管,傳統(tǒng)的地埋管傳熱模型不能正確描述其傳熱現(xiàn)象;此外,土壤表面環(huán)境參數(空氣溫度、太陽輻射等)的動態(tài)變化對埋深較淺的螺旋型地埋管的傳熱過程具有較大的影響,但是目前描述螺旋型地埋管傳熱過程的物理模型未深入考慮上述影響,故在上述工程實際問題及研究現(xiàn)狀的基礎上,本文對螺旋型地埋管換熱器的傳熱模型及換熱特性進行了研究。主要研究內容包括：
　　⑴對螺旋型地埋管換熱器的導熱模型進行了研究,建立了區(qū)別回填料與巖土熱物性差異的螺旋型地埋管換熱器實

3、心圓柱熱源一維導熱數值解模型及線圈熱源二維導熱數值解模型,并與忽略熱物性差異的導熱解析解模型做了定量對比,分析了一維及二維模型的溫度空間分布特征及溫度時間變化特征。
　?、圃谘芯繉崮Ｐ偷幕A上,提出了螺旋型地埋管在柱坐標系統(tǒng)下的單元體離散方法,并在此基礎上建立了動態(tài)環(huán)境作用下螺旋型地埋管換熱器的三維數值傳熱模型,該模型了考慮了回填料與巖土熱物性差異及動態(tài)土壤邊界條件對傳熱的影響,采用 visual studio程序開發(fā)平臺中C＃

4、程序設計語言,編制了螺旋型地埋管換熱器設計與動態(tài)模擬軟件;利用提出的螺旋型地埋管三維數值傳熱模型,模擬分析了地埋管設計參數、運行工況、螺旋形式、覆土深度、初始溫度分布對傳熱特性的影響,提出了螺旋型地埋管沿流動方向上的4個典型換熱階段:進口換熱換熱階段、回填區(qū)域熱短路換熱階段、小溫差換熱階段及出口換熱階段,分析了設計參數與運行工況等因素對4個換熱階段換熱特性的影響。
　　⑶考慮管群作用對螺旋型地埋管換熱效果的影響,將傳熱區(qū)域分為單樁

5、傳熱區(qū)域與管群傳熱區(qū)域,采用導熱解析解模型與三維數值解模型分別描述管群傳熱區(qū)域與單樁傳熱區(qū)域傳熱過程,提出―動態(tài)土壤徑向邊界熱流‖的概念,將單樁傳熱區(qū)域與管群傳熱區(qū)域進行耦合,從而建立了考慮管群作用下適合系統(tǒng)長期模擬的螺旋型地埋管換熱系統(tǒng)的傳熱模型;另外,考慮機組負荷率、冷凝器水溫及水量、蒸發(fā)器水溫及水量等5個因素,建立了螺桿熱泵機組變工況能效模型;在螺旋型地埋管換熱系統(tǒng)的傳熱模型及機組能效模型的基礎上,模擬分析了重慶氣候條件下,無輔助

6、散熱措施情況下地埋管系統(tǒng)的典型月響應特性、過渡季節(jié)溫度恢復特性及典型年動態(tài)響應特性;然后通過調整夏季負荷,模擬了考慮輔助散熱措施情況下的地埋管系統(tǒng)響應特性。
　　⑷以貴陽城鄉(xiāng)規(guī)劃展覽館螺旋型地埋管熱泵系統(tǒng)為案例項目,進行了實驗性測試,分析了系統(tǒng)原始工況的運行特性,并提出了優(yōu)化運行模式,在次日對優(yōu)化運行模式進行了測試,發(fā)現(xiàn)冷熱源系統(tǒng)能效提高了26.1％。另外,基于本文提出的三維傳熱模型與原始工況測試數據,確定得出測試項目埋管區(qū)域的巖