地源热泵的套管式地下换热器传热研究赵军，袁伟峰，朱强，周倩，龚宇烈（天津大学电气自动化与能源工程学院，天津300072）要因素，提出了强化换热的措施，给出了相应的函数关系图。

　　地源热泵以大地为热源和热汇，通过埋入地下的换热器与大地进行冷热交换，实现建筑供热和空调目的。与空气源相比，地源温度比较稳定，可在夏冬两季分别提供相对较低的冷凝温度和较高的蒸发温度。国际新研究动态表明，有关埋入地下换热器的传热强化土壤源热泵系统仿真及佳匹配参数研究都是地源热泵发展的关键技术课题。

　　1套管式地下换热器传热平衡式1.1大地初始温度的确定在理论模型计算中，需要大地初始温度Ts.由于受地表温度年周期性变化和日周期性变化的影响，大地初始温度Ts也具有周期性特点，并且其变化的幅值随地层深度的增加呈自然指数规律减小。考虑到曰周期性波动的周期较小，工程上一般忽略地表温度日周期性变化对地温的影响。地温Ts（xf）随地层深度x和时间f的变化按Kusuda分析模型为地表面温度年波幅出现算起的时间，h；ts（x，f为在f时该深度x处的地温，°C；tm为地表面年平均温度，°c；Am为地表面年周期性波动波幅，°c；w为温度年周期性波动频率，w=2c/T=0.00071725；T为温度年波动周期，T= 8760h；TS为大地导温系数，m2 1.2大地热阻计算参照，在本文中推算了套管式换热器附近的大地热阻，计算式为入s 1，间隙运行时F为每一个时间周期内运行时间与周期时间之比；f为从运行开始计算的时间，s；Xs为大地导热系1.3套管式换热器传热模型建立与求解是套管式换热器的运行示意图。运行时，管内流体从环腔流入，内管流出。为流体温度沿程示意图。3，由能量平衡，得到方程为；>为定压比热，J/（kg°C）；m为质量流率，kg/s；L0为热交换器长度，m；x为距进口的长度，m；d2、d4分别为套管外管外直径与外管内直径，m（见）；t1、t2ts分别为流体进口温度、流体出口温度和大地初始温度，C；k为以内管外侧面积为计算基准的内、外管流体间的总传热系数，W/（m2.C）；K为以外管外侧面积为计算基准的由岩土至外管流体间的总传热系数，W/（m.C），忽略外壁面与土壤的接触热阻，基金项目：国家自然科学基金资助项目（59776015）。

　　1：赵C军（土964-），男，硕士，教授。：ctronic天津大学学报0）=02及套管式换热器的热量输出2传热影响因数分析内、外管流体沿程温度分布根据上述关系式，可以看出，影响套管式换热器传热量及出口水温的主要赚D套耐流速度；2）计算式分别为m（见），。/、分别为内管及外管的导热系°C）；T、TT3分别为内管内佩内管外侧、外管内侧的对流换热系数，W/（m2°°C），由以下准则关系确定（见）：径数内管外侧内管内侧外管内侧；ab为常数。方程（3）可被表示为由常数C1与c2可以被确定为竖埋换热器断面图浅埋套管换热器模型赵军等：地源热泵的套管式地下换热器传热研究表明，换热器进出口温差At随热流热容量的增加而减小；此外，Ky越大，即土壤的导热能力越好，At也越大，这跟实际情况吻合。

　　3结语采用能量平衡，基于土壤介质导热模式，建立了地下浅埋套管式换热器传热模型，并通过模型计算分析了影响传热的各主要因素。利用本文建立的传热模型可以计算套管式换热器的热输出以及套管内的流体温度分布。此外，给出的函数关系图，可以很方便地估算传热量的大小和套管进出口水温差，可用于对套管式地下换热器几何尺寸和结构的优化设计。

　　冬季运行套管温度低于0C时，套管周围土壤中的水分将结冰，土壤中形成的水蒸汽分压力差，使水蒸汽从周围向套管移动，这对土壤导热的改善有一定作用。此外，水蒸汽液化继而结冰放出的显热和潜热也为热泵提供了附加热量。上述涉及到的相变和传质的过程在今后的传热研究中应进一步探讨。