地埋管的地耦合水源热泵系统的应用

 地埋管的地耦合水源热泵系统虽然目前没有像地下水水源热泵系统那样引起地下水资源污染与破坏, 城市地面局部下沉等环境问题, 但是由于各工程的打井埋管现场的地下水文地质结构是由各不相同的黏土、砂土、砂石、鹅卵石、岩石层组成,地下水水位也各不相同, 其导热系数一般在0 .69 ～5 .19 W/(m · K )范围内变动, 其热扩散率在0 .028 ～ 0 .102 m2 /d 范围内变动。因此, 每项工程设计计算采用的大地导热系数必须通过打试验井由现场测定来确定。除此之外, 地耦合水源热泵系统的地下埋管计算都是基于某种数学模型的理论计算。

 

  从工程设计与应用的角度看, 地埋管的数学模型计算应解决以下三方面的问题:1)根据设计日的最大冷负荷与最大热负荷确定地下埋管的总长度与管井数;2)根据指定工程全年的逐时冷热负荷分布与现场的地上布井和地下埋管的约束条件,确定打井埋管方案与合理间距, 计算出地下全年温度场分布的三维(或四维)动态变化图;3)根据地下全年温度场分布的动态变化图, 确定地下吸热与放热的不平衡总量, 为设计与运行地上辅助热源与辅助冷却装置提供准确的依据。

 

  目前国内流行的数学模型或计算程序大约可分为三种情况:1)根据国外文献或手册中的数学模型或计算公式, 自编或简化后自编的计算程序;2)直接从国外公司、协会、大学引进或购买的计算程序;3)自己独立创建的数学模型并经验证的计算程序。按照百家争鸣、百花齐放的方针, 上述三种做法都应该有它生存与发展的空间。但是为了推动我国的技术进步, 树立良好的学术风气, 更好地为工程建设服务, 避免误导误用, 笔者认为, 在发表与推广任何一种数学模型与计算程序时, 应负责任地做到与做好以下三方面工作:1)完整地给出所有假设、简化条件与省缺的计算参数;2)明确说明适用的场合和能解决哪类问题;3)准确给出经实验室或示范工程验证的对比数据, 以及实验室与示范工程的具体条件。

 

  在近10 年来的地耦合水源热泵系统研究与工程实践过程中, 许多大专院校与公司做了大量工作。但由于经费、时间、人力和认识上的种种原因,笔者觉得以往工作最大的缺陷是不重视或忽略了测试井的建设与长期监测。如果我们增加与加强了这一环节的工作, 就可以:1)及时检验、发现、修改现有数学模型与计算程序中不正确的假设、简化条件及数学关系;2)进一步了解、掌握各种计算程序的适用范围与误差范围;3)创建更准确、更易用、具有自主知识产权的计算程序。