摘要
针对地源热泵长期运行时土壤热失衡导致热泵效率降低的问题,探究地下水渗流(以下简称渗流)以及热泵周期性运行对周围土壤温度场与热泵效率的影响。建立长宽均为40 m,深度为140 m的土壤区域,在土壤区域中打9个120 m深的钻孔,钻孔中心间距为5 m,且按照3×3的方阵排布,在钻孔中埋入深度为120 m的双U型地埋管。基于Feflow数值模拟软件的三维瞬态热渗耦合传热模型,通过土壤热响应实验验证,确定Feflow软件仿真模拟得出的结果准确可靠。在此基础上,分析不存在渗流、存在渗流、改变渗流速度(1×10~(-4)m/s、2. 4×10~(-6)m/s、2. 1×10~(-7)m/s)以及改变渗流层厚度(5 m、10 m、15 m)对地源热泵在供暖工况下120 d连续运行带来的影响,分析地源热泵系统按照1 a中供暖运行120 d,间歇90 d,制冷运行90 d,再间歇60 d的周期性运行模式,运行10 a后对地下土壤温度场以及地埋管单位管长换热量的影响。结果表明:存在渗流且渗流速度大于1×10-7m/s数量级时有利于地埋管周围土壤温度恢复;相对于无渗流条件,渗流层位于38～42 m且渗流速度为2. 4×10~(-6)m/s时,供暖工况下连续运行120 d后的地埋管单位管长换热量提高54%;渗流速度对地埋管单位管长换热量影响明显,渗流速度越大,地埋管单位管长换热量越多;渗流速度不变时,地埋管单位管长换热量随着渗流层厚度的增加而增加,且渗流层厚度每增加5 m,在供暖工况连续运行120 d后,地埋管单位管长换热量增加2 W/m;周期性运行模式下,有渗流与无渗流条件下土壤均没有明显的冷、热量积累,但有渗流条件更利于提高地埋管单位管长换热量。文末附有有渗流与无渗流工况下土壤温度场动态展示的视频,可扫二维码观看。