地埋管群冷热负荷对岩土体温度及热泵效率的影响

摘要

地埋管群(borehole heat exchangers, BHEs)是浅层地热资源有效利用的最常见形式。冷热负荷差异导致的埋管群周围岩土体温度不平衡现象是造成地源热泵(ground source heat pump, GSHP)能效(coefficient of performance, COP)逐年降低的重要因素。该文以加热为主工况下地埋管群周围岩土体温度与热泵效率为研究指标，采用经现场热响应试验(thermal response test, TRT)验证的有限元方法(finite element method, FEM),建立等进口温度运行模式的三维有限元模型。研究结果表明埋管群中心岩土体温度在无制冷负荷下，初始温度由16.0℃降低至5年后的5.3℃,且冷热负荷比介于2/3～3/3时，有利于维持岩土体温度平衡。当负荷比由0提高到1时，热泵加热效率从3.8提升至4.5。相反，冷热负荷比的升高不利于制冷季节热泵效率的提升，当负荷比由0提高到1时，热泵制冷效率由7.2降至6.1。该文可为以加热为主工况的地埋管群冷热负荷合理制定与岩土体储能工程提供参考。

关键词

地埋管群 / 浅层地热 / 冷热负荷 / 岩土体温度 / 热泵效率 / 有限元分析