【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于新能源领域，具体涉及一种地埋管换热器温升的计算方法、装置及计算机设备。
技术介绍
1、地热能是一种具有分布广泛、型式多样、清洁、低碳、可持续利用的可再生能源。中国地热能资源居世界前列，其中东北、西北和华北地区占据着重要的位置，这些地热能资源的开发利用前景十分可观，市场潜力巨大。近年来，地热能在北方一些省市得到了大规模的推广应用，技术已日趋成熟。地热能是一种从地壳中抽取的天然热能，它源于地球内部的熔岩，以热能的形式存在，主要分为浅层地热能和中深层地热能。以国家地热能中心发布的资料为依据，截止到2020年末，我国地热能采暖制冷面积已累计达到13.9亿平方米，其中水热型地热能采暖面积达到5.8亿平方米，浅层地热能采暖制冷面积达到8.1亿平方米，每年可减少6200多万吨的二氧化碳排放，折合标准煤大于2500万吨。为了支持清洁、高效、节水环保的地热资源的开发和普及，应根据当地需求，支持清洁和低碳能源的发展。
2、浅层地热能主要通过热泵技术来实现供暖或制冷。我国常见的低碳供暖方式主要为地源热泵系统。与常规供暖系统相比，地源热泵系统具有明显优势：(1)无co2排放；(2)不受地域限制；(3)运行费用较低；(4)运行效率较高；(5)全年效率大于85％，远高于太阳能的效率。目前，常见的地源热泵主要分为三类：地埋管地源热泵、地下水源热泵和污水源热泵。地埋管地源热泵在供暖及供冷方面具有广阔的发展前景。
3、随着低碳供热的蓬勃发展，地热能供热技术将迎来规模化应用和系统化研究的热潮。近年来，由于地下换热空间尺度大，使
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术存在的不足，本专利技术提供了一种地埋管换热器温升的计算方法，包括如下步骤：
2、基于无限长线热源模型确定岩土中的传热方程；
3、构建地埋管换热器热阻模型，根据所述热阻模型获取地埋管与周围岩土换热的传热热阻及传热量；
4、依据叠加原理及所述传热热阻和传热量，在动态负荷作用下将所述传热方程的解分解为多个不同起始时刻的恒定负荷解，并对多个不同起始时刻的恒定负荷解进行叠加，得到动态负荷下的地埋管换热器的温升。
5、优选的，所述传热热阻由参与换热的埋管周围岩土的热阻、埋管管内循环水与管内壁对流换热热阻、埋管管壁的导热热阻及钻孔回填材料的导热热阻确定。
6、优选的，所述参与换热的埋管周围岩土的热阻rs的计算公式为：
7、
8、式中，rs为参与换热的周围岩土的热阻，单位m·k/w；是指数积分函数；rb为距离钻孔轴线的距离，单位m，λs埋管周围岩土的导热系数，ρs为钻孔周围岩土的平均密度，单位kg/m3；cs为埋管周围岩土的比热容，单位j/(kg·℃)，τ为时间，单位s。
9、优选的，所述埋管管内循环水与管内壁对流换热热阻rf的计算公式为：
10、
11、式中，di为埋管内径，m；h为循环水与管壁之间的表面传热系数，w/(m2·k)。
12、其中，
13、
14、式中，re为管内流动的雷诺数；λf为管内流体的导热系数，单位w/(m·℃)；pr为管内流体的普朗特数；h为管内壁与管内流体之间的对流换热系数，单位w/(m2·℃)，di为埋管内径。
15、优选的，埋管管壁的导热热阻rp的计算公式为：
16、
17、式中：do为埋管外径，m；λp为埋管管壁导热系数，w/(m·k)，di为埋管内径。
18、优选的，所述钻孔回填材料的导热热阻rg的计算公式为：
19、对于单u型井，钻孔回填材料的导热热阻rg为：
20、
21、式中，db为钻孔直径，m；λb为钻孔回填材料导热系数，w/(m·k)；λs埋管周围岩土的导热系数，w/(m·k)；d为u型管两支管中心距，m，do为埋管外径；
22、对于双u型井，钻孔回填材料的导热热阻rg为：
23、
24、优选的，所述传热热阻的计算公式为：
25、单u型地埋管通过2根换热管与周围岩土换热，其传热热阻为：
26、
27、双u型地埋管通过4根换热管与周围岩土换热，其传热热阻为：
28、
29、式中，rs为参与换热的周围岩土的热阻；rf为埋管管内循环水与管内壁对流换热热阻；rp为埋管管壁的导热热阻；rg为钻孔回填材料的导热热阻；
30、地埋管换热器与岩土的传热量为：
31、
32、式中，tf为地埋管内流体的温度，单位℃，t0为无穷远处岩土温度。
33、优选的，动态负荷下的地埋管换热器的温升的计算公式为：
34、
35、式中，δt为地埋管内流体的温升，单位℃；τn为第n时刻，单位s；qi为第i时刻的换热量，单位w/m；ri为第i时刻的总换热热阻，单位m·k/w；
36、所述传热方程为：
37、
38、
39、
40、t＝t0,r→∞,τ＞0
41、式中，λs为埋管周围岩土的导热系数，单位w/(m·℃)；ρs为钻孔周围岩土的平均密度，单位kg/m3；cs为埋管周围岩土的比热容，单位j/(kg·℃)；t为钻孔周围岩土温度，单位℃；t0为无穷远处岩土温度，单位℃；τ为时间，单位s；r为距离钻孔中心的距离，单位m；db为钻孔直径，单位m；ql为单位长度埋管换热量，单位w/m。
42、本专利技术还提供有一种地埋管换热器温升的计算装置，包括：
43、传热方程获取模块，用于基于无限长线热源模型确定岩土中的传热方程；
44、传热热阻确定模块，用于构建地埋管换热器热阻模型，根据所述热阻模型获取地埋管与周围岩土换热的传热热阻及传热量；
45、叠加模块，用于依据叠加原理及所述传热热阻和传热量，在动态负荷作用下将所述传热方程的解分解为多个不同起始时刻的恒定负荷解，并对多个不同起始时刻的恒定负荷解进行叠加，得到动态负荷下的地埋管换热器的温升。
46、本专利技术还提供有一种计算机设备，包括存储器和处理器；所述存储器存储有计算机程序，所述处理器用于运行所述存储器内的计算机程序，以执行所述计算方法。
47、本专利技术提供的地埋管换热器温升的计算方法、装置及计算机设备具有以下
48、有益效果：
49、本专利技术基于无限长线热源模型本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种地埋管换热器温升的计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的地埋管换热器温升的计算方法，其特征在于，所述传热热阻由参与换热的埋管周围岩土的热阻、埋管管内循环水与管内壁对流换热热阻、埋管管壁的导热热阻及钻孔回填材料的导热热阻确定。
3.根据权利要求2所述的地埋管换热器温升的计算方法，其特征在于，所述参与换热的埋管周围岩土的热阻Rs的计算公式为：
4.根据权利要求2所述的地埋管换热器温升的计算方法，其特征在于，所述埋管管内循环水与管内壁对流换热热阻Rf的计算公式为：
5.根据权利要求2所述的地埋管换热器温升的计算方法，其特征在于，埋管管壁的导热热阻Rp的计算公式为：
6.根据权利要求2所述的地埋管换热器温升的计算方法，其特征在于，所述钻孔回填材料的导热热阻Rg的计算公式为：
7.根据权利要求2所述的地埋管换热器温升的计算方法，其特征在于，所述传热热阻的计算公式为：
8.根据权利要求1所述的地埋管换热器温升的计算方法，其特征在于，动态负荷下的地埋管换热器的温升的计算公式为：<...
【技术特征摘要】
1.一种地埋管换热器温升的计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的地埋管换热器温升的计算方法，其特征在于，所述传热热阻由参与换热的埋管周围岩土的热阻、埋管管内循环水与管内壁对流换热热阻、埋管管壁的导热热阻及钻孔回填材料的导热热阻确定。
3.根据权利要求2所述的地埋管换热器温升的计算方法，其特征在于，所述参与换热的埋管周围岩土的热阻rs的计算公式为：
4.根据权利要求2所述的地埋管换热器温升的计算方法，其特征在于，所述埋管管内循环水与管内壁对流换热热阻rf的计算公式为：
5.根据权利要求2所述的地埋管换热器温升的计算方法，其特征在于，埋管管壁的导...
【专利技术属性】
技术研发人员：江超，李超，檀姊静，吴佳乐，王嘉辰，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：
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