套管式地源热泵系统性能评价方法、装置及计算机设备制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种套管式地源热泵系统性能评价方法、装置及计算机设备。其中，该方法包括：根据模型假设条件对套管式地源热泵系统的控制方程与边界条件进行离散，建立系统的初始系统模型；根据套管式地源热泵系统的地埋管换热器的进口水温、钻孔深度、结构参数和循环水状态参数具体化初始系统模型；分别多次改变系统模型对应的工况因素并对目标系统模型进行多次模拟，得到不同工况因素下目标系统模型中的地埋管换热器的逐时出水温度；根据逐时出水温度，确定套管式地源热泵系统的逐时能效比和换热量；进而确定不同工况因素对系统效能比的影响显著程度。本发明专利技术解决了无法科学合理地评价中深层套管式地源热泵系统的性能参数的技术问题。术问题。术问题。

【技术实现步骤摘要】
套管式地源热泵系统性能评价方法、装置及计算机设备


[0001]本专利技术涉及热泵系统领域，具体而言，涉及一种套管式地源热泵系统性能评价方法、装置及计算机设备。

技术介绍

[0002]随着人民生活水平的提升，暖通空调开始走入千家万户。其中，地源热泵技术因只通过输入较少的功，便可实现低温位能向高温位能转移，从而地源热泵技术具有良好的发展势头。其中，地源热泵系统又可以分为浅层与中深层地源热泵系统。目前，浅层地源热泵系统相关研究国内外已经相对成熟，而囿于地热勘探、物探等技术的不完善，中深层地源热泵系统发展仍处于初步阶段。
[0003]考虑到经济性与节能要求，为了在提供先相同温度的情况下更加节能，希望提高地源热泵系统的能效，提高系统工作效率，而机组的能效体现在性能参数COP(理论能效比，简称COP)上。因此，为了探寻提高地源热泵系统的方法，需要仔细分析地源热泵系统本身及所处的环境中的各个因素对地源热泵系统的性能参数的影响大小。从工程实测情况来看，地源热泵系统的流量、管径等多种因素都会对机组的COP产生影响。但是，相关技术中没有给出如何定性地确定各种因素对地源热泵系统的性能参数的影响情况，同时，多种因素对机组COP的影响程度的大小也难以进行科学地估算，因而难以实现地源热泵系统相关的各种因素对系统机组COP影响大小的量化。
[0004]针对上述的问题，目前现有技术中尚未提出有效的解决方案。

技术实现思路

[0005]本专利技术实施例提供了一种套管式地源热泵系统性能评价方法、装置及计算机设备，以至少解决无法科学合理地评价中深层套管式地源热泵系统的性能参数的技术问题。
[0006]根据本专利技术实施例的一个方面，提供了一种套管式地源热泵系统性能评价方法，包括：根据模型假设条件对套管式地源热泵系统的控制方程与边界条件进行离散，根据离散结果建立所述套管式地源热泵系统的初始系统模型，其中，所述初始系统模型包括所述套管式地源热泵系统的节点方程和热力学微分方程；确定所述套管式地源热泵系统的地埋管换热器的进口水温，并根据所述进口水温以及所述套管式地源热泵系统的钻孔深度、结构参数和循环水状态参数具体化所述初始系统模型，得到所述套管式地源热泵系统的目标系统模型；分别多次改变所述系统模型对应的工况因素并对所述目标系统模型进行多次模拟，得到不同工况因素下所述目标系统模型中的地埋管换热器的逐时出水温度；根据所述不同工况因素下的逐时出水温度，确定所述套管式地源热泵系统的逐时能效比和换热量；根据所述套管式地源热泵系统在所述不同工况因素下的逐时能效比和换热量，基于正交实验确定所述不同工况因素对所述套管式地源热泵系统的效能比的影响显著程度。
[0007]可选地，所述模型假设条件包括：将地表温度设为恒定；设定不存在地下渗流作用，将岩土设为套管式地源热泵系统中单一传热介质；将所述地埋管换热器周围的岩土和/
或石层设定为均匀介质的水平地层；将数值模拟区域的径向边界处的温度分布设定为不受所述地埋管换热器的影响；设定所述地埋管换热器内循环体以热对流进行传热，并设定不存在轴向的热传导；设定初始状态下所述地埋管换热器的同轴套管内的流体温度、回填材料温度及埋管管壁的温度与同一水平的岩土温度相同。
[0008]可选地，所述热力学微分方程包括岩土层导热方程，其中，所述岩土层导热方程为：
[0009][0010]a
k
为不同岩土层的热扩散率，单位m2/s；t为岩土层温度，单位℃；τ为时间步长，单位s；r和z为径向长度与竖直方向长度，单位m。
[0011]可选地，所述热力学微分方程包括流体内能量方程，在流体从外部环腔注入所述地埋管换热器的套管，并从所述地埋管换热器的内管向上流出的情况下，所述流体内能量方程包括：外部环腔内流体的能量方程和内管流体的能量方程，其中，所述外部环腔内流体的能量方程为：
[0012][0013]所述内管流体的能量方程为：
[0014][0015]其中：
[0016][0017][0018][0019][0020]k
g
表示回填材料的导热系数，k
p1
表示外管的导热系数，k
p2
表示内管的导热系数，单位均为W/(m
·
k)；h1表示套管外管的对流换热系数，h2表示套管内管的对流换热系数，单位均为W/(m2·
k)。
[0021]可选地，所述套管外管的对流换热系数h1和所述套管内管的对流换热系数h2根据如下公式确定：
[0022][0023]为l换热表面的特征长度，k
f
为换热流体的导热系数；Nu为表征传热壁面上流体的无量刚温度梯度努赛尔数。
[0024]可选地，上述方法还包括：将所述套管式地源热泵系统的所述边界条件设置为：在
径向边界设定第一类边界条件，其中，所述第一类边界条件表征所述径向边界的温度分布不受所述地埋管换热器取热的影响；在地表的边界设定第三类边界条件，其中，所述第三类边界条件表征接近地表的空气温度和表面对流换热系数保持不变。
[0025]可选地，所述根据所述不同工况因素下的逐时出水温度，确定所述套管式地源热泵系统的逐时能效比和换热量，包括：逐时的进出口温度代入以下公式，计算得到逐时性能参数与换热量Q，计算公式如下：
[0026]COP＝a
·
t
out
+b
[0027]Q＝c
·
m
·
(t
out
‑
t
in
)，
[0028]其中，t
in
表示所述地埋管换热器的进口水温，t
out
表示所述地埋管换热器的逐时出水温度，a、b为预设的常数，c为比热容，m为流经所述地埋管换热器的液体质量。
[0029]根据本专利技术实施例的另一方面，还提供了一种套管式地源热泵系统性能评价装置，包括：建立模块，用于根据模型假设条件对套管式地源热泵系统的控制方程与边界条件进行离散，根据离散结果建立所述套管式地源热泵系统的初始系统模型，其中，所述初始系统模型包括所述套管式地源热泵系统的节点方程和热力学微分方程；具体化模块，用于确定所述套管式地源热泵系统的地埋管换热器的进口水温，并根据所述进口水温以及所述套管式地源热泵系统的钻孔深度、结构参数和循环水状态参数具体化所述初始系统模型，得到所述套管式地源热泵系统的目标系统模型；模拟模块，用于分别多次改变所述系统模型对应的工况因素并对所述目标系统模型进行多次模拟，得到不同工况因素下所述目标系统模型中的地埋管换热器的逐时出水温度；确定模块，用于根据所述不同工况因素下的逐时出水温度，确定所述套管式地源热泵系统的逐时能效比和换热量；分析模块，用于根据所述套管式地源热泵系统在所述不同工况因素下的逐时能效比和换热量，基于正交实验确定所述不同工况因素对所述套管式地源热泵系统的效能比的影响显著程度。
[0030]根据本专利技术实施例的又一方面，还提供了一种非易本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种套管式地源热泵系统的性能评价方法，其特征在于，包括：根据模型假设条件对套管式地源热泵系统的控制方程与边界条件进行离散，根据离散结果建立所述套管式地源热泵系统的初始系统模型，其中，所述初始系统模型包括所述套管式地源热泵系统的节点方程和热力学微分方程；确定所述套管式地源热泵系统中地埋管换热器的进口水温，并根据所述进口水温以及所述套管式地源热泵系统的钻孔深度、结构参数和循环水状态参数，对所述初始系统模型进行具体化，得到所述套管式地源热泵系统的目标系统模型；分别多次改变所述目标系统模型对应的工况因素，并对所述目标系统模型进行多次模拟，得到不同工况因素下所述目标系统模型中的地埋管换热器的逐时出水温度；根据所述不同工况因素下的逐时出水温度，确定所述套管式地源热泵系统的逐时能效比和换热量；根据所述套管式地源热泵系统在所述不同工况因素下的逐时能效比和换热量，基于正交实验确定所述不同工况因素对所述套管式地源热泵系统的效能比的影响显著程度。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述模型假设条件包括：将地表温度设为恒定；设定不存在地下渗流作用，将岩土设为套管式地源热泵系统中单一传热介质；将所述地埋管换热器周围的岩土和/或石层设定为均匀介质的水平地层；将数值模拟区域的径向边界处的温度分布设定为不受所述地埋管换热器的影响；设定所述地埋管换热器内循环体以热对流进行传热，并设定不存在轴向的热传导；设定初始状态下所述地埋管换热器的同轴套管内的流体温度、回填材料温度及埋管管壁的温度与同一水平的岩土温度相同。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述热力学微分方程包括岩土层导热方程，其中，所述岩土层导热方程为：a
k
为不同岩土层的热扩散率；t为岩土层的温度；τ为时间步长；r和z为所述地埋管换热器的径向长度与竖直方向长度。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述热力学微分方程包括流体内能量方程，在流体从外部环腔注入所述地埋管换热器的套管中，并从所述地埋管换热器的内管向上流出的情况下，所述流体内能量方程包括：外部环腔内流体的能量方程和内管流体的能量方程，其中，所述外部环腔内流体的能量方程为：所述内管流体的能量方程为：其中：
k
g
表示回填材料的导热系数，k
p1
表示外管的导热系数，k
p2
表示内管的导热系数；h1表示套管中外管的对流换热系数，h2表示套管中内管的对流换热系数。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述地埋管换热器的套管中外管的对流换热系数h1和所述套管内管的对流换热系数h2通过如下公式确定：l为换热表面的特征长度，k
f
为换热流体的导热系数；Nu为表征传...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔维政，朱超，陈睿，李壮，曹雨晨，
申请(专利权)人：国网陕西省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：