土壤源热泵水平埋管周围土壤温度分布的分析

地源热泵土壤温度1. 引言地源热泵系统是一种利用地下土壤、地下水或地表水的稳定温度来进行空调和供暖的能源系统。

其中，土壤温度是地源热泵系统运行的重要参数之一。

本文将详细介绍地源热泵系统中土壤温度的相关知识。

2. 土壤温度对地源热泵系统的影响土壤温度是地源热泵系统的重要输入参数，对其运行效果和能耗水平有着直接影响。

以下是土壤温度对地源热泵系统的几方面影响：2.1 系统效能土壤温度直接影响着地源热泵系统的效能。

通常情况下，较高的土壤温度会提高系统的制冷性能，而较低的土壤温度则会提高系统的供暖性能。

因此，在设计和选择地源热泵系统时，需要考虑当地的气候条件和土壤特性，以确定最适宜的工作参数。

2.2 土壤换热系数土壤换热系数是描述土壤传热性能的参数，其值与土壤温度密切相关。

一般来说，土壤温度越高，土壤换热系数越大，地源热泵系统的传热效果也会更好。

因此，在选择地源热泵系统的安装位置时，需要考虑土壤温度的分布情况，以获得更高的换热系数。

2.3 土壤稳定性地源热泵系统需要将热量从土壤中吸收或释放，并且要求土壤具有一定的稳定性。

土壤温度的变化会影响地源热泵系统的运行稳定性。

若土壤温度变化较小，则可以提高系统的可靠性和稳定性。

3. 土壤温度测量方法为了准确获取土壤温度信息，需要选择合适的测量方法。

以下是常见的几种测量方法：3.1 温探管法温探管法是一种常用且精确的测量方法。

该方法通过将温探管埋入不同深度的土层中，并通过传感器记录温度数据，从而获取不同深度处的土壤温度分布情况。

3.2 热板法热板法是一种通过测量土壤表面温度来推算土壤温度的方法。

该方法适用于测量较浅层土壤温度，通过在土壤表面放置热板，并记录其表面温度变化，可以间接获取土壤温度信息。

3.3 热流法热流法是一种通过测量地下热流来推算土壤温度的方法。

该方法适用于深层土壤温度的测量，通过埋设传感器并记录地下热流数据，可以计算得到不同深度处的土壤温度。

4. 土壤温度的季节变化特点土壤温度随季节变化呈现出一定的规律性。

地源热泵土壤温度
（最新版）
目录
1.地源热泵的定义和组成
2.地源热泵的工作原理
3.地源热泵系统的分类
4.地源热泵的优点
5.地源热泵系统运行参数及土壤温度变化特性分析
6.垂直埋管式土壤源热泵埋管周围土壤温度场的数值模拟
正文
地源热泵是一种以岩土体、地层土壤、地下水或地表水为低温热源的供热中央空调系统。

它由水地源热泵机组、地热能交换系统和建筑物内系统组成。

地源热泵的工作原理是在制冷过程中，机组将空调空间的热量置换出来，并带入地下被土壤或水源所吸收。

在制热时，机组将地下土壤中的热能转换出来带入所需采暖的空间。

根据地热能交换系统形式的不同，地源热泵系统可以分为地埋管地源热泵系统、地下水地源热泵系统和地表水地源热泵系统。

地源热泵以供热为主，地下温度的显著特点是冬暖夏凉，这使得地源热泵成为一个理想的供热系统。

地源热泵系统运行参数及土壤温度变化特性分析是研究地源热泵系
统性能的重要环节。

通过对土壤温度、地源侧取热量、负荷侧供热量、机组耗电量、水泵耗电量等实测数据的分析，可以初步了解热泵设定温度、水泵频率等因素对于土壤温度、机组性能系数及系统性能系数的影响。

垂直埋管式土壤源热泵埋管周围土壤温度场的数值模拟是研究地源
热泵系统土壤温度变化的另一种方法。

通过应用有限单元法对土壤源热泵
地下垂直埋管周围土壤的非稳态温度场进行数值模拟，可以得到与实验测得的结果相一致的模拟结果。

这为地源热泵系统的设计和优化提供了重要的理论依据。

总的来说，地源热泵是一种具有优良性能的供热中央空调系统。

地埋管地源热泵地埋管换热器最佳出口温度的确定1 前 言土壤源热泵系统是利用土壤的蓄冷（热）性能，通过中间介质在封闭的地下换热器中循环流动，从而实现与土壤的热交换。

冬季通过热泵将大地中的热量取出对建筑物供暖，同时贮存冷量，以备夏用；夏季通过热泵将建筑物的热量释放到地下，对建筑物进行降温，同时贮存热量，以备冬用。

由于其技术上的优势，推广土壤源热泵具有明显的节能和环保效益。

根据文献[1]，对于土壤源热泵竖直地下埋管换热器，夏季的设计出口温度一般为土壤温度加上11～14℃，冬季的设计出口温度为土壤温度减去8～11℃。

而山东建工学院报告厅地源热泵系统的测试表明[2]，在达到准稳定工况时，夏季地下换热器的出口设计温度为土壤温度加上20～25℃，冬季的设计出口温度为土壤温度减去10～15℃。

由以上可知，两者给出的夏季和冬季设计出口温度均相差较大，而且都没有从土壤源热泵系统经济性的角度加以考虑。

实际上，地下换热器设计出口温度的高低对埋管长度以及热泵机组的运行效率都有较大的影响。

夏季，随着地下换热器的设计出口温度的升高，所需要的地下埋管长度变少，系统的初投资降低，而热泵机组的运行效率降低，运行成本就升高；冬季正好相反。

这就存在一个最佳出口温度问题。

如何确定地下换热器的最佳设计出口温度，使之在满足设计条件下土壤源热泵系统的经济成本最低，这将是本文讨论的重点。

2 数学模型地下换热器的设计是土壤源热泵系统设计的最重要部分。

在目前的工程设计中，地下埋管长度主要是根据建筑物的峰值冷负荷或热负荷确定出换热器的放热量或吸热量，然后确定地下换热器的布置方式，再根据手册中给定的单位管长或单位埋管深度的放热量即可求出所需的地下埋管长度。

这种方法简单，但是没有考虑当地的气候条件，岩土体及回填材料热物性的影响，会使设计结果不准确。

竖直地下换热器与土壤间的传热过程较复杂，对于工程实际应用的模型，可以在空间上以钻孔壁为界，把地热换热器的传热分为两个区域，分别采用不同的简化假定进行分析研究。

建筑与预算CONSTRUCTION AND BUDGET2019年第7期DOI:10.13993/ki.jzyys.2019.07.017收稿日期：2019-02-11作者简介：潘欣（1993-），女，硕士，主要从事建筑节能方向研究。

E-mail：1462004347@中图分类号：TK122文献标志码：B文章编号：1673-0402（2019）07-0059-031土壤源热泵的概念土壤源热泵系统在日常生活中使用广泛，从能量角度理解，它是由三种能量系统组成。

首先是位于地下的埋管换热器进行热量的收集，也就是热量采集系统；第二部分是把从地下土壤中获得的热量进行提升，期间消耗少量的高品位能量电能，这种系统叫做能量提升系统；第三种系统是把经过消耗电能得到的能量进行释放，冬季时向室内供暖以提高室内温度，这种能量提升系统称作能量释放系统。

地源热泵就是由这三种能量系统组成。

冬季室内与室外温度相比，室内温度高，室外温度低，地下土壤的温度要高于室外气候温度，此时地源热泵系统从土壤中吸收热量在制热工况下工作，向室内供暖；夏季地源热泵处于制冷工况，同时把室内热量排到地下。

图1热泵工作原理示意图2模型的建立2.1模型假设模型的建立应该考虑实际工程情况，因此实际工程中应用的尺寸、条件、工况等都需要在建立模型时考虑进去。

埋管换热器位于地下，因此埋管换热器的形状、地下的结构也需要考虑进去。

以下是模型的假设条件:土壤源热泵夏季工况下运行温度场分析潘欣，刘冰红（沈阳建筑大学市政与环境工程学院，辽宁沈阳110168）摘要：地源热泵技术广泛应用在工业产业和日常活动中，地球不可再生能源日益短缺，地源热泵技术的作用也变得越来越重要。

地埋管换热器作为土壤源热泵系统的重要组成部分，其换热效果对热泵运行效率有着非常关键的作用。

本文根据地源热泵系统夏季工况运行对周围土壤温度产生的影响，研究埋管周围土壤的温度场变化。

对夏季土壤温度场用FLUENT 模拟软件进行分析，地埋管周围土壤在地下2m 处和地下30m 处会有明显的不同。

济南地区地埋管地源热泵系统对土壤温度场的影响研究发布时间：2021-06-22T10:21:20.913Z 来源：《基层建设》2021年第8期作者：贺继超刘为民肖利涛赵秉南焦时飞别舒[导读] 摘要：为了研究地源热泵系统长期运行对土壤温度场、出水温度及机组自身COP的影响，本文基于TRNSYS软件模拟了济南地区某一办公楼冷热负荷和地源热泵系统运行20年后土壤平均温度、出水温度及机组自身COP变化。

中国中元国际工程有限公司北京市 100089摘要：为了研究地源热泵系统长期运行对土壤温度场、出水温度及机组自身COP的影响，本文基于TRNSYS软件模拟了济南地区某一办公楼冷热负荷和地源热泵系统运行20年后土壤平均温度、出水温度及机组自身COP变化。

模拟结果表明：济南地区该系统排热量是取热量的2.07倍，由于冷热不平衡导致土壤平均温度升高约4.85℃，热堆积率为0.24℃/a。

地源测出水温度冬/夏季分别增加了4.5℃/5℃，其夏季COP下降了0.45，冬季COP上升了0.1。

总体而言，地埋管地源热泵系统较适合应用于济南地区。

关键词：地埋管地源热泵；TRNSYS模拟；出水温度；土壤温度场；COPStudy on the Influence of Ground Source Heat Pump System on Soil Temperature field in Jinan AreaAbstract：In order to study the influence of long-term operation of the ground source heat pump system on soil temperature field，water outlet temperature and COP of the unit itself，Based on TRNSYS software，this paper simulates the cooling and heating load of an office building in Jinan，and simulates the changes of the average soil temperature，water outlet temperature and COP of the ground source heat pump system after 20 years of operation .The simulation results show that：In Jinan area，the heat discharged by this system is 2.07 times of the heat taken out. Due to the imbalance of cold and heat，the average soil temperature increases by about 4.85℃，and the heat accumulation rate is 0.24℃/a. The measured water temperature in the ground source increased by 4.5℃/5℃ in winter and summer，respectively. The COP in summer decreased by 0.45 and that in winter increased by 0.1. In general，the ground source heat pump system is more suitable for application in Jinan area.Keywords：Ground source heat pump，TRNSYS Simulation，Outlet temperature，Soil temperature field，COP1 引言目前，经济的快速发展导致全球能源消耗呈指数级增长，其中建筑能耗约占全国总能耗的28%，采暖空调能耗占建筑使用能耗的65%左右[1]。

水平地埋管周围温度场分析及模拟的开题报告一、选题背景地下管道是当今城市的重要组成部分。

由于地下管道建设方便，空间利用率高，对城市环境具有良好的美化效果，因此在城市建设中得到广泛应用。

水平地埋管道作为地下管道的一种，由于其敷设表面大、能有效提高土壤与大气之间的能量交换等优点，在太阳能、地源热泵等领域得到了越来越广泛的应用。

然而，水平地埋管道埋入土壤中后，其周围的土壤温度场会受到地表气温、太阳辐射和大气湿度等因素影响，温度变化较大。

因此，如何对水平地埋管道周围的温度场进行分析和模拟，对于更好地预测土壤温度变化以及提高水平地埋管道的运行效率与使用寿命具有重要意义。

二、选题目的本研究旨在通过建立水平地埋管道的温度场模型，对其周围温度场进行分析和模拟，以期为相关领域的工程实践提供参考。

具体研究目的如下：1.了解水平地埋管道周围的温度变化规律及其影响因素。

2.探索不同条件下水平地埋管道周围的温度场分布特征，进一步加深对其特性和运行机理的认识。

3.建立水平地埋管道的温度场模型，并验证其有效性。

4.通过模拟实验研究水平地埋管道的运行效率与使用寿命。

三、研究内容1.水平地埋管道周围温度场变化规律的分析。

2.数值模拟方法的选择及模型的建立。

3.进行模拟实验，探究不同因素对水平地埋管道周围温度场的影响。

4.对模型进行优化，提高模拟结果的准确性。

5.分析研究结果，验证模型的有效性，进一步提高水平地埋管道的运行效率与使用寿命。

四、研究方法本研究将采用计算机数值模拟方法，通过建立有限元模型和冷热风机热模型，对水平地埋管道周围温度场进行分析和模拟。

具体研究步骤如下：1.首先，根据水平地埋管道的参数特性，确定数学模型的基本公式。

2.采用计算机有限元方法，建立水平地埋管道的数学模型。

3.建立特定工况下的水平地埋管道冷热风机热模型，以便在模拟实验中更准确地反映其温度特征。

4.对模型进行优化、反馈并用数值模拟工具进行分析。

5.分析模拟结果，通过实验验证模型的有效性，为水平地埋管道运行提供优化方案。

地源热泵系统土壤温度变化的影响因素分析陆游;王恩宇;杨久顺;齐承英【摘要】对实际运行的地源热泵系统土壤温度进行了分析,获得了土壤温度受地源热泵的释/吸热不平衡、释吸热量以及土壤过渡季自然恢复能力等因素的影响情况.研究结果表明,系统初期的运行模式对土壤温度具有重要的影响.试验系统在供热季末期吸热量为l 106 kW.h以下时土壤温度可以自动回升,在供冷季末期释热量为1 350 kW.h以下时,土壤温度也可以自动下降.在文中土壤条件下过渡季对土壤温度的恢复作用十分有限,土壤温度的动态平衡主要依赖地埋管换热器的全年热平衡.根据空调系统的冷热负荷差异,在设计和运行时通过必要措施来避免地埋管换热器的热失衡,是地源热泵系统长期可靠运行的关键.【期刊名称】《河北工业大学学报》【年(卷),期】2015(044)001【总页数】7页(P66-72)【关键词】地源热泵;土壤温度;影响因素;热失衡;地温恢复能力【作者】陆游;王恩宇;杨久顺;齐承英【作者单位】河北工业大学能源与环境工程学院,天津300401;河北工业大学能源与环境工程学院,天津300401;河北工业大学能源与环境工程学院,天津300401;河北工业大学能源与环境工程学院,天津300401【正文语种】中文【中图分类】TK51;TK52维持土壤温度的动态平衡是地源热泵系统能够长期运行的前提，很多学者对此都进行了研究．Shuhong Li等[1]研究一种复合地源热泵系统用于提供生活热水以及空间制冷制热来减缓地源热泵系统取热和排热的热失衡，通过FLUENT构建三维传热模型模拟热交换器周围土壤温度变化情况以及传热特征，结果显示由于夏天多余的排热导致埋管周围温度升高，并导致系统性能恶化．Jun Gao等[2]对一个地源热泵桩埋热交换器的案例进行了分析，在热失衡率分别为10%和3%的情况下，土壤温度提升幅度分别为2.77℃和0.81℃，对土壤温度的变化有较大的影响．Yujin Nam等[3]对日本的一个办公建筑进行模拟与实验研究，通过调整热交换器模拟模型来获得与实际数据更加接近的解，为地源热泵的设计提供更加精确的热交换器取排热比提供参考．花莉等[4]针对夏热冬冷地区土壤源热泵热平衡问题利用TRNSYS模拟分析了其影响因素，结果表明，造成土壤源热泵热失衡的根本原因在于空调的负荷差异，土壤的温度变化主要取决于实际从土壤中的吸热量和放热量的差异．杨卫波等[5]研究了地源热泵的启动特性，GSHP系统在运行初期埋管周围土壤温度变化较剧烈，而达到准稳态后,温度变化会趋于平缓．李元旦[6]亦得出相似结论，并进一步表明土壤源热泵的冬季启动时间比夏季的短，仅为4～5 h．地源热泵实际运行中，土壤温度变化还与其热恢复特性有关．刘俊等[7]以上海气象条件为例，模拟分析了地源热泵的热恢复特性，结果表明过渡季对土壤温度的恢复作用十分有限，热泵系统的可靠运行更主要是依赖冬季和夏季的负荷平衡．本文对应用于中型办公建筑的地源热泵系统进行了试验测试，重点对土壤温度变化的影响因素进行了分析，为解决地源热泵热失衡问题提供参考．本文所述的建筑位于天津市河北工业大学新校区，建筑面积约5 000m2，其空调系统采用太阳能-地源热泵组合系统[8]，通过增加太阳能辅助地源热泵系统来分担建筑的部分热负荷而保证地源热泵系统的土壤吸热/释热平衡．地源热泵的地埋管换热系统共分为11个孔组（如图1所示），每个孔组包含钻孔6口，孔深120m，孔间距4m．根据地质勘查结果，该建筑场地的地下120m范围内的岩土以粉质粘土、粉土和部分细砂为主，其自然密度、导热系数和质量比热的平均值分别为1 964 kg/m3、1.46W/m℃和1 527 kJ/kg℃．孔内埋设高密度聚乙烯（HDPE）U 型管，并回填原浆、细砂、粗砂或粘土等不同的回填料（见表1）．本文重点分析地源热泵系统的地温变化，所以在地埋管换热器中布置有若干测温热电阻．如图1中黑色圆点所标示的换热孔内，地下5m、15m、25m、35m、45m、60m、80m、100m和120m处均布置9个Pt1000热电阻，热电阻传感器紧贴管壁．热电阻传感器直径为5mm，埋设前进行了温度标定检测，测量精度为±0.1℃．为了更充分反映土壤温度的变化，在4个钻孔的中心位置布置有测温孔（如图1中M 1#和M 2#），为了保证钻孔的质量，孔组间钻孔间距在纵向增加到6m，测温孔内同样分别布置有9个测温热电阻．钻孔内热电阻通过四线制连接到Siemens数据采集模块或Aglient34970A型数据记录仪，自动采集并保存在PC电脑中，温度采集时间间隔分别为1m in和5m in．在系统运行之前，对土壤温度进行了测量．土壤20～30m深度为恒温层，温度为13.0℃，120m范围内，土壤的初始平均温度为14.1℃[9]．为了测定地埋管换热系统的运行特性，在热泵机组的地源侧和用户侧各安装1块热量表，并在集/分水器的11组干管上各安装1块热量表．热量表数据通过无线远程传输到空调系统数据采集中心服务器中，可以分别获得各管路的供/回水温度、瞬时流量、累计流量和累计热量，数据采集时间间隔为10m in．为了研究钻孔回填料及地埋管类型对地埋管换热器性能的影响，试验系统中采用了多种回填料和地埋管连接形式，形成了8种孔组类型，如表1所示．由于各钻孔内的地埋管连接形式和回填料的不同，在系统运行过程中各钻孔内的土壤温度会有所不同．对整个地埋管换热系统而言，钻孔内土壤的平均温度tg取为各钻孔的加权平均值，其计算公式为其中：tgi为第i孔组类型的代表温度；为孔组类型的权重，即不同的埋管连接形式和回填材料形式的钻孔占总钻孔数的比值．地源热泵的总释热量（夏季）和吸热量（冬季）以及各孔组的释热量和吸热量由对应的热量表数据记录中获得．2012年供冷季为6月17日～9月20日（96 d），供热季为11月5日～次年3月23日（139 d）．图2给出了2012年5月～2014年3月期间供冷季和供热季地源热泵的逐日释/吸热量变化，其中正值为释热量，负值为吸热量．从逐日的释热量和吸热量大小来看，供冷季的最大日释热量比供热季最大日吸热量大，但供冷季时间相对较短，而且在供冷季有多天没有供冷，日释热量变化幅度大，所以总的释热量比总吸热量小．2012年供冷季总释热量为120 582 kW h，供热季总吸热量为205 569 kW h，释热量仅占吸热量的58.7%，系统存在释吸热不平衡现象，与设计结果相差较大，其发生原因主要为：1）实际发生的冬夏累计负荷与设计负荷存在差异．设计负荷是根据建筑外围设计参数计算，而实际建设结果往往达不到设计要求；计算的供冷季为111 d（5月20日～9月7日），供热季为121 d（11月15日～3月15日）[8]，而2012年实际供冷季为96 d，供热季为139 d．在供冷期间，由于控制故障，系统运行改为手动，以及天气的原因，有32 d没有供冷负荷的产生．而在2013-01-22～2013-02-23假期期间，地源热泵系统负担了整个建筑的供热需求，也使实际发生的供热需求增大．2）系统设计的负荷率和启停时间与实际发生情况存在偏差．设计时预估了建筑人员、设备及风机盘管的开启情况[8]，与实际情况会有所出入．设计时预估系统运行时间假定为工作日8: 00～22:00，周末9:00～21: 00；实际运行时，在供冷季一般为9:00～21:00，供热季一般为5:30～23:30．设计时风机盘管根据室内温度设定而开关，实际运行时，风机盘管很少关闭．通过监测部分室内温度显示，多数房间在冬季超过21℃，有的甚至超过27℃．根据典型年气象数据模拟计算，设计依据的供热季累计供热量为96 811 kW h，供冷季累计供冷量为62 119 kWh．而2012年实际供热量为299 191 kW h，是设计值的3.1倍，实际供冷量为119 323 kW h，是设计值的1.9倍．供热量远超出供冷量，是供冷量的2.5倍．据美国国家标准统计局资料表明，如果在夏季将室内设定温度值下调1℃，将增加9%的能耗，如果在冬季将室内设定温度值上调1℃，将增加12%的能耗．2013年供冷/供热季亦有类似的规律，需要指出的是，为了避免2012年吸热量远大于释热量的情况，2013年供热季期间，在供热初期（a部分）和寒假期间（b部分），因为负荷较少的缘故，将整个建筑的热负荷全部由太阳能辅助地源热泵系统承担，使得2013年吸热量大幅度减少，这部分将在另文分析．3.1 释吸热不平衡对土壤温度的影响图3给出了地源热泵系统2012年5月～2014年3月期间两个供冷供热季的土壤平均温度变化曲线，其中每天的土壤温度为24时刻的换热孔或测温孔内土壤温度的加权平均值．总体来看，换热孔内的土壤温度随着释热或吸热而明显升高或降低，与建筑负荷需求直接相关，释热或吸热过程中土壤温度最大升幅为5.3℃，最大降幅为4.1℃，整体变化幅度为7.6℃（17.4～9.8℃）．测温孔土壤温度的变化较平缓，变化幅度为1.8℃（13.7～11.9℃）．而且，测温孔土壤温度的峰值（或波谷值）发生时刻比换热孔滞后约3个月，其转折点几乎在供热或供冷转换时刻，说明换热孔周围热量的传递是持续而缓慢的．从年度变化来看，从2012-06-17～2013-05-25，经过一个供冷季和一个供热季周期的运行，地源热泵换热孔内土壤温度由初始的12.9℃变为12.1℃，降低了0.8℃．2012年供冷季释热使土壤温度升高1.0℃，而2012年供热季吸热使土壤温度降低1.8℃，可见，土壤释吸热不平衡使土壤温度水平发生了较大的变化．然而，从2012-11-05～2013-11-05期间考虑，经过一个供热季和一个供冷季周期的运行后，换热孔内的土壤温度由初始的13.9℃变为13.7℃，降低了0.2℃，释热量的补充使土壤温度水平得到改善．可见，地源热泵释吸热量对土壤温度有着至关重要的作用．经过2012年供冷季后，换热孔土壤温度由12.85℃上升至13.86℃，上升幅度为1.01℃；经过2012年供热季，土壤温度由13.86℃下降至12.13℃，下降幅度为1.73℃；经过2013年供冷季后，土壤温度由12.13℃上升至13.85℃，上升幅度为1.72℃；这说明释吸热对土壤温度的影响非常大．由于2012年供热季吸热量远大于供冷季释热量，土壤温度下降较多，在2013-02-21，开始出现吸热困难，蒸发器进水温度偏低，之后通过加大水泵频率的方式来提高蒸发器进水温度，保证热泵机组的运行．3.2 系统启动阶段土壤温度的变化从图3来看，换热孔内土壤在某些时候（尤其是供热或供冷初期）会出现较快的降低或升高，导致土壤温度出现阶跃性的变化．图4中分别给出了2012年和2013年供热季初期的土壤温度变化曲线．表2给出了供热初期典型天的各参数的变化，2012年最初3 d的温降为1.7℃，而2013年最初3 d的温降仅为1.0℃．从运行数据来看，2012年供热季，11月5日11:40开始至11月22日22:30期间，机组一直持续运行，而2013年供热季，11月18日11:00开始运行以来，每天运行时间为早上6:00至晚上22:30，每天间歇运行．虽然机组运行后换热孔温度都迅速降低，但由于2013年相比2012年在系统启动的初期采用了间歇运行，使得土壤每天有7.5 h的恢复时间，使得每天24时刻的土壤温度得到了一定的提升．虽然2013年供热季土壤初始比2012年低0.2℃，但在整个供热季换热孔温度比2012年基本整体高约0.5℃，为机组的高效运行提供了条件．图4表明系统运行初期的吸热对于土壤温度的变化具有重要意义，一旦系统运行初期土壤被过度吸热而又得不到休息的话，将会导致土壤温度下降到一个很低的水平，这对地源热泵系统的运行非常不利．3.3 释吸热量对土壤温度的影响表3给出了运行期间释吸热量和土壤温度变化数据．2012年供热季（2012-11-05～2013-03-23），在系统运行前期（2012-11-05～2013-01-04），平均每天吸热量为1 442 kW h，温度下降很快，达到平均每天0.06℃．到系统运行中期（2013-01-05～2013-02-24），平均每天吸热量为1 483 kW h，土壤温度约为9.56℃，已处于一个较低的水平（图3），与周围土壤温差变大，下降趋势变小，平均每天下降幅度为0.007℃．到供热系统运行后期（2013-02-25～2013-03-23），日平均负荷为1 106 kW h，比前期、中期略低，但土壤温度不降反升，幅度为0.06℃/d．2013年供冷季（2013-05-31～2013-09-20）土壤温度变化可分为2个阶段，第1阶段为运行前期（2013-05-31～2013-08-15），平均每天释热量1 645 kW h，地温平均每天升高0.065℃，第2阶段为运行后期（2013-08-16～2013-09-20），平均每天释热量1350kW h，土壤温度却以平均每天0.084℃迅速降低．2012年供冷季则较为特殊，前文提到2012年供冷季由于控制故障，系统运行改为手动，以及天气的原因，有32 d没有供冷负荷的产生．事实上2012年供冷季处于间歇运行状态，土壤温度没有持续上升或者下降的规律而是类似于急剧变化的脉冲信号，这也说明了系统的运行方式对土壤温度的变化具有重要影响．从上文分析可知，从地下吸热并不一定会导致地温的降低，这与埋管周围土壤温度和热影响区域内其它土壤温度之间的温差以及吸热量相关，在吸热量较小时，即使吸热地温也会向初始温度回升，释热亦存在类似变化规律．针对文中系统，供热季末期吸热量在1 106 kW h以下时，土壤温度会自动回升．而对于供冷季，末期释热量在1 350 kW h以下时，土壤温度能够自动下降．3.4 过渡季对土壤温度变化的影响图5a）和图5b）分别给出了夏-冬和冬-夏两个过渡季的土壤温度变化．从图5a）可以看出，2012年9月20日供冷结束，土壤温度为14.35℃，与远端未扰动土壤温度非常接近．整个夏季的释热使其相对初始温度上升1.35℃．在夏-冬过渡季（2012-09-21～2012-11-04），土壤温度在46 d期间仅降低到13.87℃，变化幅度仅为0.48℃，幅度非常小．到2012年11月5日，系统供热开始，土壤温度才迅速降低，直到3月23日供热结束时（图5b），换热孔土壤温度为11.11℃．此后，在冬-夏过渡季期间（2013-03-24～2013-05-30），换热孔土壤温度迅速升高后缓慢变化．到4月7日时，仅14 d土壤温度已上升至12.0℃，但直到过渡季结束时（2013-05-30），换热孔土壤温度仅为12.14℃．在过渡季后期，53 d时间内土壤温度仅升高0.14℃．而在冬-夏过渡季期间（2013-03-24～2013-05-30）测温孔由11.97℃降低至11.85℃，降幅为0.12℃．过渡季后换热孔土壤温度离土壤初始温度（14.1℃）仍有约2℃的差距．可以推测即使经过更长的时间，对于文中系统的土壤条件，恢复也是非常有限的．这说明过渡季对土壤温度的恢复作用不大，热泵系统的可靠运行更主要是依赖冬季和夏季的负荷平衡，这与文献7的结论相一致．土壤温度在整个过渡季期间变化非常小，说明热量传递过程相当缓慢，土壤热扩散的能力非常弱，热影响区域内的土壤已趋于稳定状态，而热影响区域外的土壤所蓄存热量在过渡季内几乎不能够被传至换热区域内，此时土壤换热与其自身的热扩散、导热等参数的关系不大，主要影响在于地下换热系统的释/吸热．过渡季地温的变化特点，也说明在该系统中，地温的恢复能力是较弱的，不能依靠地温的自动恢复能力来维持地温的平衡．通过对实际运行的地源热泵系统释热量和吸热量的分析，以及地温的变化分析，可以得出以下结论．1）地源热泵释吸热量对土壤温度有着至关重要的作用．在系统运行初期，过度吸热会导致土壤温度短时间下降到一个很低的水平．在系统正常运行后，换热区土壤温度将长期偏低．2）吸热与地温的降低并不呈正相关性，从地下吸热并不一定导致地温的降低，这与埋管周围土壤温度和热影响区域内其它土壤温度之间的温差以及吸热量相关，在吸热量较小时，即使吸热地温也会向初始温度回升，释热反之亦然．针对文中土壤条件，在供热末期吸热量在1 106 kW h以下时，土壤温度可以自动回升，在供冷季末期释热量在1 350 kW h以下时，土壤温度也可以自动下降．3）土壤温度在整个过渡季期间变化非常小，说明热量传递过程相当的缓慢，土壤热扩散的能力非常弱，热影响区域内的土壤已趋于稳定状态，而热影响区域外的土壤所蓄存热量在过渡季内几乎不能够被传至换热区域内．4）大型的地下换热系统不能依靠地温的恢复能力实现地温的平衡，而主要决定于地下释热量和吸热量的相对平衡．【相关文献】[1]LiShuhong，YangWeihua，Zhang Xiaosong．Soil tem peraturedistribution around a U-tubeheatexchanger in amulti-function ground source heat pump system[J]．Applied Thermal Engineering，2009，29：3679-3686．[2]Gao Jun，Zhang Xu，Liu Jun，etal．Thermalperformanceand ground temperature ofverticalpile-foundation heatexchangers：A casestudy[J]．Applied Thermal Engineering，2008，28：2295-2304．[3]Yujin Nam，Ryozo Ooka，Suckho Hwang．Developmentof anumericalmodel to predictheatexchange rates fora ground-source heatpump system [J]．Energy and Buildings，2008，40：2133-2140．[4]花莉，潘毅群，范蕊，等．基于TRNSYS的土壤源热泵平衡问题的影响因素分析[J]．建筑节能，2012，40（253）：23-29．[5]杨卫波，施明恒，董华．太阳能-土壤源热泵系统（SESHPS）交替运行性能的数值模拟[J]．热科学与技术，2005，4（3）：229-232．[6]李元旦，张旭，周亚素，等．土壤源热泵冬季工况启动特性的实验研究[J]．暖通空调，2001，31（1）：17-20．[7]刘俊，张旭，高军，等．地源热泵土壤温度恢复特性研究[J]．暖通空调，2008，38（11）：147-150．[8]W ang Enyu，Alan S Fung，Qi Chengying，et al．Performance prediction of a hybrid solar ground-source heat pump system[J]．Energy and Building，2012，47：600-611．[9]Wang Enyu，Alan S．Fung，Qi Chengying，et al．Build-up and long-term performance prediction of a hybrid solar ground source heat pump system for office building in cold climate[C]//Proceedings of eSim 2012：The Canadian Conference on Building Sim ulation，2012：478-491．。

地埋管周围土壤吸-放热过程热湿迁移特性研究地埋管周围土壤吸/放热过程热湿迁移特性研究摘要：地埋管是一种节能环保的建筑能源利用方式，已经被广泛应用于空调和供暖系统。

地埋管系统能够通过将建筑物内部的废热和冷热能储存到地下，从而有效减少对常规能源的依赖。

研究地埋管周围土壤吸/放热过程热湿迁移特性，对地埋管系统的设计和性能评价具有重要意义。

本文系统地研究了地埋管的热湿迁移特性，包括土壤水分含量、温度和湿度等关键参数的变化规律及其相互关系。

同时，本文还探讨了各种因素对地埋管系统性能的影响，包括地水参数、土壤温度和含水率等因素。

通过对热湿迁移特性的研究和分析，本文提出了一种有效的地埋管系统设计方案，该方案可以最大程度地减少系统的能耗，提高其效率和性能。

关键词：地埋管；热湿迁移；土壤含水率；温湿度特性；系统设计引言：地埋管是一种新型的建筑能源利用方式，具有显著的节能环保效益。

地埋管通过将建筑物内部的废热和冷热能储存到地下，从而有效减少对常规能源的依赖。

因此，越来越多的建筑在设计和施工中采用地埋管系统进行空调和供热。

这些系统的性能不仅受到土壤热湿迁移特性的影响，还受到设计和运行参数的影响。

因此，研究地埋管周围土壤吸/放热过程的热湿迁移特性，能够为地埋管系统的设计和性能评价提供重要参考。

研究方法：本文采用现有文献中的实验数据和模拟分析结果，分析了地埋管周围土壤热湿迁移特性的关键参数，包括土壤温度、含水率、水分蒸发和渗透等。

同时，本文还探讨了各种因素对地埋管系统性能的影响，包括地水参数、土壤温度和含水率等因素。

通过对热湿迁移特性的研究和分析，提出了一种有效的地埋管系统设计方案。

研究结果：（1）土壤温度和含水率是地埋管周围土壤吸/放热过程的重要参数。

土壤温度和含水率的变化可以改变土壤的热湿状态，从而影响地埋管系统的性能。

（2）地水参数是影响地埋管系统性能的重要因素。

地下水渗透能够促进土壤的热湿迁移，提高系统的能利用率。

土壤导热系数对地埋管地源热泵水平地埋管周围土壤温度场的影响研究_s e c r e t土壤导热系数对地埋管地源热泵水平地埋管周围土壤温度场的影响研究_secret土壤导热系数对地埋管地源热泵水平地埋管周围土壤温度场的影响研究摘要：本文考察了土壤组成及影响土壤与埋管换热的土壤热物性，其中最重要的就是土壤导热系数，通过建立的地下水平埋管换热器模型，模拟了土壤导热系数对埋管及其周围土壤温度分布和埋管换热量的影响。

模拟结果显示，随着土壤导热系数的增大，埋管换热量明显增大，冬季给定工况下，当土壤导热系数从1.1 W/(m·K)增大到2.5 W/(m·K)时，埋管单位管长换热量增幅达100.8%关键词：土壤源热泵；水平埋管；土壤导热系数；土壤温度场 1．土壤的组成和物性土壤是一个非均质的、多相的、颗粒化系统，其中占体积50%左右的部分为固相，其余由空气、水等成分组成。

研究土壤物性是土壤源热泵系统成功使用的前提，是进行地下埋管换热器方案设计的基础，土壤源热泵系统地下埋管流体进出口温度，地下埋管换热器换热量都与土壤物性参数密切相关。

在进行土壤源热泵地下换热器设计和施工前，首先应进行地质咨询，即向有关部门咨询这个地区各地层地质构造，土壤组成成分，土壤热物性以及地下水的分布和冻结等情况，以初步确定土壤源热泵地下埋管换热器的可行性。

土壤的物性包括：土壤导热系数、土壤密度、土壤比热容、土壤温度、土壤热阻、土壤热扩散度等。

为了便于理解，将土壤的成分简单地分为矿物质(固体相)、有机质(固体相)、水(液相)和空气(气相)，见表1。

我国地域辽阔，各地的土壤成份和湿度差别较大，其热物性差别也较大。

不同地区地质情况的影响主要体现在土壤物性参数的变化，如土壤的导热系数，比热，密度等。

表2给出不同种土质的土壤物性参数。

表1 土壤各主要组成的物性参数(标准大气压，20℃)组成物质密度 kg/m3[1][2]质量比热容kJ/(kg·℃)体积比热容 kJ/(m·℃)1942 2504 4187 1.23导热系数 W/(m·℃) 2.93~8.37 0.251 0.595 0.026矿物质(近似平均数) 有机质(近似平均数)水空气2650 1300 1000 1.20.733 1.926 4.186 1.0051表2 不同土质的物性参数物性参数土质名称密度 kg/m 2250 2250 1760 3000 1800 1650 17503质量比热容kJ/(kg·℃)1.843 1.283 0.838 3.616 1.167 0.735 1.633导热系数W/(m·℃)841 841 1008 841 841 798 1008砂岩石灰岩灰质页岩大理岩、花岗岩建筑物下的种植土干砂填料石灰土(43%湿度)干石英砂石英砂(8.3%湿度)2．土壤的导热系数土壤的导热系数是在单位温度梯度下单位时间内通过单位面积传送的热量。

基于Fluent模拟的地埋管周围不同深度土壤温度场变化分析作者：李坤坤康琳支鹏羽于瑞佼马坤茹来源：《中国房地产业·中旬》2020年第12期摘要：利用Gambit建模软件建立简单的埋管模型，并定义其边界条件，利用Fluent数值模拟软件分别模拟距离埋管中心不同距离处测点温度变化情况，并且在不同距离处设置不同深度的测点，经过为期六年的间歇性连续模拟，最终得出距离埋管中心距离相同时，土壤各测点温度变化趋势因测点的深度不同而不同，且深度越大，温度越低;测点深度相同时，土壤各测点温度变化趋势因测点距埋管中心距离不同而不同，且距离越远温度越低，但是，无论哪一种情况，每年取热完成之后各测点温度都有所升高，即每年完成系统正常运行后土壤温度都有所升高。

关键词：地埋管;不同深度;数值模拟;温度场;变化分析1 引言我国北方寒冷地区污染严重，清洁能源供热逐渐替代燃煤供熱，地源热泵供热得到广泛认可，因为我国北方寒冷地区采暖期比较长，冷热负荷不均衡，长期使用导致地下温度逐渐降低，采暖效果受到影响，一般采用加热器辅助加热，考虑到北方寒冷地区太阳能资源丰富，在非采暖季将太阳能的热量转移到土壤中储存，即解决地下温度场不平衡问题又有效利用清洁能源做到节能减排，顺应时代潮流。

所以对地下温度场进行全面的研究才能让我们更好地掌握和应用该系统。

2 太阳能耦合地源热泵系统2.1 系统组成由图1可以看出，该系统主要可以分为三部分：集热器、蓄热库及热用户。

2.2 系统运行情况2.2.1 在非采暖季节运行情况在非采暖季节，集热器吸收太阳能加热罐中的热水使其高温度，达到设定温度后，启动预埋管道中的热水循环将热量转移到土壤中使其温度升高，土壤用作储热体，以储存冬季取暖的热量。

2.2.2 在供暖季节运行情况2.2.2.1 白天太阳光照射度较高时，集热器收集太阳光的热量通过板式换热器1、2为用户供暖。

在用户需要热量较多时，存储在土壤中的热量可以通过板式热交换器3为用户供热。