地源热泵垂直埋管换热器换热效率下降因素分析

目前，国内地源热泵项目的应用已经非常普遍，许多专业分包单位根据经验值进行埋地换热器的设计。虽然项目在土壤冷热平衡问题上采用了冷却水塔补充，但是随着使用年限的增加，有些地源热泵项目已经不能在制冷工况下正常运行。这种现象不仅影响到空调系统的正常使用，也导致项目投资的浪费。本文运用ANSYS 的稳态换热模块，对单U 管换热井换热性能下降的影响因素进行了模拟分析。

1 ANSYS分析的合理性与局限性

ANSYS 作为一种有限元分析软件在热分析方面具有强大的功能，如果换热物体的物性不发生变化，分析结果基本接近事实。对于建筑面积较大的地源热泵项目，埋地换热井设计数量多达几千口。如果对整个项目换热井进行模拟，模型较大，模型网格划分较密，一般的计算机很难模拟其运行情况。ANSYS模拟换热温度场时，需要简化换热模型，通常截取几个管井的垂直断面，分析其在不同土壤导热系数及其它参数下对换热结果的影响。

2 Ansys模拟换热井温度场

ANSYS 的分析应用主要特点在其直观的图像表现，在热分析上同样的效果。以河北邢台某地源热泵项目勘测数据为例，其垂直U 型管埋地换热器的基本参数见表1。在表1 参数下，单U 井温度场如方案1 所示。单U 井6×6 间距4m 管井排列温度场如方案2 所示。

表1 U型井换热器初始参数

单个管井换热分析中，可以清晰的看出HDPE 管壁温度30℃，在恒热流为50W/m 的换热情况下，管道内水的平均温度tf为：

管井数……