套管式地埋管换热器的热短路现象与性能分析

"套管式地埋管换热器在深层地源热泵系统中的应用及其热短路与换热性能的研究" 地埋管换热器是地源热泵系统的关键组成部分，尤其在深层地源热泵系统中，套管式地埋管换热器扮演着至关重要的角色。这种换热器利用地下岩土作为稳定的热源或冷源，通过流体在管内的循环来传递热量，从而实现建筑物的供暖和制冷。套管式设计通常包括内外两层管子，流体在内管中流动，外管则与周围的岩土进行热交换。 研究基于流体流动和换热的基本原理，建立了套管式地埋管换热器与周围岩体间的热传导模型。模型考虑了在第一个供暖季中，换热器的工作情况，重点分析了内管导热系数和循环水流量这两个关键参数对换热性能的影响。 首先，研究发现内管导热系数的大小直接影响热短路现象的严重程度。导热系数越高，意味着内管与外管之间的热传递越快，热短路现象也就越明显。热短路是指热量未充分传递到岩土就从内管直接传递到外管，减少了内外管之间的温差，这会导致管内流体的温度升高，形成热堆积，进而降低了换热器的整体换热效率。 其次，循环水流量的变化对换热性能有显著影响。当增加循环水流量时，套管式地埋管换热器的换热功率会随之增大，因为更多的流体可以带走更多的热量。然而，当内外管之间存在热短路时，这个趋势并非一直持续。出口水温会随着循环水流量的增大先升高后降低，这是因为随着流量的增大，虽然总的换热效果增强，但热短路效应也加剧，使得部分热量未能有效利用。 此外，研究还引入了换热器效能这一概念来评估热短路现象的影响。随着循环水流量的增大，尽管出口水温可能先升后降，但整体的换热器效能是增大的，表明在一定范围内，通过调整流量可以改善系统的热交换性能。 这些研究成果对于优化深层地源热泵系统的地埋管换热器设计具有重要指导意义。通过合理选择内管材料、控制循环水流量，以及考虑热短路效应，可以提高系统的能效比，减少能源消耗，从而更高效地利用地下的热能资源。未来的研究可以进一步探讨其他影响因素，如岩土的热物性、埋管深度、季节变化等，以实现更加精准和节能的地源热泵系统设计。