螺旋板换热器
铝合金换热器
新闻动态
地源热泵换热孔灌浆材料导热性能实验研究点击：1667 日期：[ 2014-04-26 22:13:44 ] |
| 地源热泵换热孔灌浆材料导热性能实验研究 郑秀华 司刚平 周复宗 徐光途 (中国地质大学(北京)工程技术学院,北京 100083) 摘要:地下换热器是地源热泵系统的技术关键,地下换热器换热能力的大小直接影响地源热泵系统的效能,而换热孔灌浆材料导热性能的优良决定着换热器的换热效果。本文在线源理论和热阻网络分析法的基础上建立了钻孔内部换热的传热模型,并在该模型的基础上,研制了一套实验装置,模拟现场条件进行灌浆材料导热性能的实验研究。实验结果表明:水泥基灌浆材料较膨润土基灌浆材料具有更高的热传导系数,且热传导系数都具有随石英砂含量增大而增大的趋势;对水泥基灌浆材料,热传导系数随砂灰比和水灰比的变化而变化。 关键词:传热模型;灌浆材料;热传导系数 中图分类号:Ｐ314 2 文献标识码:Ａ 文章编号:1000 3665(2006)06 0101 03 1 引言 采集大自然低温可再生能特别是浅层地能(热)是21世纪取代传统供暖(冷)方式最为现实最有前途的技术措施。地源热泵利用地下岩土或地下水温度相对稳定的特性,通过深埋于建筑物周围的管路系统或地下水与建筑物内部完成热交换。灌浆材料是地下换热器设计中的重要一环,它是联系换热管与土层的传热介质,其传热性能的好坏将直接影响到整个换热器的性能,如若其热传导能力差,就有如一绝热材料将换热管与地层隔开,严重影响换热管道与地层之间的热交换。 初投资费用高是制约地源热泵推广的关键因素之一,如何降低地源热泵的初始投资费用,是广大研究者一直考虑的问题。提高地下换热器单位长度上的换热能力,从而降低钻孔深度,是降低该系统初投资的关键。热传导性能良好的灌浆材料,提高了地下热交换器单位长度的热交换能力,在固定需求热负荷下可有效降低地下热交换器的长度,从而降低初始投资,具有强大的经济意义,同时有利于这一绿色空调技术的推广应用,具有深远的社会意义。 2 传热模型的建立 国外一般采用线源理论以及热阻网络分析法建立地下换热器传热模型。线源理论就是把地下埋管换热器的中心轴线视为线热源,以该轴为中心呈辐射状向周围传热。地下换热器传热热阻网络如图1所示。 试验仪器由地层模拟装置、换热器模拟装置、换热流体动力装置和数据采集装置等组成。 地层模拟装置是由一个1 0ｍ×1 0ｍ×1 2ｍ的木质箱子装满石英砂来模拟现场地层,为减小热损失在木箱的底部和顶部分别用绝热材料隔热。 换热器模拟装置由换热Ｕ形管、回填材料以及由铁皮制作的圆筒模拟钻孔组成。Ｕ形管由32的ＰＥ管与一特制的Ｕ型接头焊接而成。模拟钻孔是用镀锌铁皮制成的一直径为0 155ｍ的圆筒,将该铁皮圆筒置于砂箱的中央,用来模拟钻孔,为使灌浆回填料中的水分有效地向周围沙层渗透,使回填料固结,在筒身四周钻出很多透水孔。 数据采集装置由采集和记录两部分组成,数据采集是由Ｐｔ100热电阻完成;一多回路巡检仪来完成数据的记录工作,可自动记录数据并可将历史数据传输到计算机等外部数据处理设备,还可以直接同计算机等外设连接实现实时记录和监测。 4 灌浆材料实验 实验对膨润土基灌浆材料和水泥基灌浆材料进行了测试。对膨润土基灌浆材料,石英砂在配比中的含量逐步增加;对水泥基灌浆材料分成了两组进行测试:第一组是在固定砂灰比的情况下,改变水灰比的比值进行测试;第二组是在固定水灰比的情况下,改变砂灰比进行测试。实验配比及根据传热模型对实验测试数据进行分析计算得出的热传导系数见表1。 从图3中可以看出石英砂质量百分含量增加,热传导系数随之增加。可见石英砂具有良好的热传导性能,增加石英砂的含量,可以增加材料的热传导能力。 由图4和图5可以发现,回填料的导热性能在砂灰比确定的情况下有随水灰比减小而增大的趋势,但水灰比太小会造成材料导热性能急剧下降;在水灰比确定的情况下,材料的导热系数有随砂灰比增大而增大的趋势,但同样砂灰比超出一限值,会引起导热系数的急剧减小。 5 结论及建议 (1)膨润土基回灌浆材料具有较低的热传导系数,但随着石英砂含量的增加,其导热系数亦不断增加。在石英砂含量达到近70%时,膨润土基灌浆材料的导热系数可达1 73ｗ ｍ Ｋ。 (2)水泥基灌浆材料热传导系数随着石英砂含量的增加而增大,但砂灰比和水灰比要控制在一个适宜的范围内。灌浆材料在水、灰和石英砂比为9:20:40的配比下,热传导系数达到2 65ｗ ｍ Ｋ。 (3)在地下水位长年保持较高,地下水流动性较好的地区,宜在灌浆材料配比中适量增加膨润土含量,因为膨润土在饱水状态下,吸水膨胀,可使灌浆材料与钻孔壁以及换热管道密切接触,有效降低接触热阻,从而提高换热效果。 (4)在地下水位较低或干旱地区,应降低或不用膨润土,因为在干燥状态下,膨润土失水收缩严重,导致灌浆材料与周围土层或换热管道相剥离,增大了接触热阻,严重影响传热效果。 (5)在基岩地区,由于基岩具有较好的热传导性,宜选用砂灰比较高的水泥胶砂作为灌浆材料,同时考虑使用超塑性剂,降低水灰比,增强灌浆材料热传导系数。 |
| 上一篇：大型板壳换热器在氮肥国产化装置上的应用 | 下一篇：三角形波纹板式溶液热交换器传热特性研究 |