【摘 要】
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近年来,建筑能耗已经在社会总能耗中占据了相当大的比重,而地源热泵作为一种高效利用浅层地热资源来为建筑供热制冷的系统,其低能耗、易维护的特性得到了社会的广泛认可。地源热泵系统的核心设备是地下埋管换热器,其埋管方式及管体与周围介质的换热性能一直是热泵系统的研究热点。相较于竖直埋管而言,水平埋管具有初期建成投资成本小,施工便捷等优点。但由于水平埋深较浅,管体基本位于浅层土壤之中,其换热性能易受到外界冬夏
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近年来,建筑能耗已经在社会总能耗中占据了相当大的比重,而地源热泵作为一种高效利用浅层地热资源来为建筑供热制冷的系统,其低能耗、易维护的特性得到了社会的广泛认可。地源热泵系统的核心设备是地下埋管换热器,其埋管方式及管体与周围介质的换热性能一直是热泵系统的研究热点。相较于竖直埋管而言,水平埋管具有初期建成投资成本小,施工便捷等优点。但由于水平埋深较浅,管体基本位于浅层土壤之中,其换热性能易受到外界冬夏气候及土壤水力学特征的影响,导致水平管换热效率偏低,在一定程度上限制了其应用推广。为解决该问题,本文针对水平埋管在土壤中的换热性能进行了数值模拟,探讨了不同因素（不同地下水位线深度、不同土壤类型、不同换热器构造）对水平管换热器换热性能的影响规律。结果表明:加大水平管埋设深度可以使得管体周围土壤具有更高的含水率,进而使得水平管换热器与周围土壤的换热性能得到增强,但会使得前期施工开挖成本提高。同时水平埋管的换热性能除受到土壤比热容影响外,导热系数对其的影响同样较为显著,当土壤综合导热系数及综合比热容均较大时水平管具有更佳的换热性能;对于不同土壤类型而言,水平管在壤土中的换热性能最佳,砂土中的换热性能次之,黏土中的换热性能最差;除受到土壤水力学特征及土壤类型的影响外,水平管自身构造对其换热性能影响也较大,采用传统直管的布置方式不易引起土壤热堆积,长期运行下,管体周围土壤温度场分布情况较佳,但是其土壤利用率较低,换热量常常难以满足建筑物供暖及制冷需求。采用水平“slinky”型螺旋埋管的布管方式一定程度上增加了土地利用率,但由于其管体布置间距小,管间热干扰现象严重,大大降低了其总体换热效率,导致其换热效果较差。相较于以上两种布管方式而言,采用水平“spiral”型螺旋埋管的布管方式具有土地利用率最高,换热性能最佳等优点,且在长期运行下,其热堆积风险系数在可控范围之内。
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