[发明专利]一种地埋风管换热性能的逐时数值模拟方法

说明书

本发明涉及地埋风管换热性能技术领域，实施例具体公开一种地埋风管换热性能的逐时数值模拟方法，应用于地埋风管换热器热工性能计算软件，通过接收地埋风管截面尺寸、地埋风管埋深、地埋风管间距、风道水平方向长度、岩土热物性参数和逐时气象参数；建立单层多管地埋风管换热器传热计算数值模型和建立“计算空气湿度‑计算空气温度‑修正空气湿度‑计算岩土温度”顺序计算算法，建立了适用于浅埋和深埋的合理简化的数值传热计算模型及高效实用的计算算法，解决了地埋风管换热器热工性能计算软件全年模拟计算的速度慢问题。

技术领域

本发明涉及地埋风管换热性能技术领域，具体涉及一种地埋风管换热性能的逐时数值模拟方法。

背景技术

目前，作为节能减排的重要策略之一，被动建筑、零能耗建筑是一种受到广泛关注的概念。实现零能耗建筑首先在建筑设计上就要考虑被动技术，能源系统方面要因地制宜集成太阳能、地热能等。

浅层地热能应用包括地源热泵、地埋风管系统。地源热泵广为人知，它利用地埋水管实现制冷/热泵单元与岩土换热。地埋风管(图1)是一种直接利用温度相对稳定的岩土对空气进行冷却或加热的方案，属于被动技术，已经在很多国家和地区得到重视。

为绿色建筑或被动建筑设计地埋风管系统，需要进行热工性能预测分析。地埋风管换热器涉及复杂的非稳态三维导热、对流耦合传热，至今没有精确解析模型，数值模型是可选方法。但因为空间尺寸大(上百米)，全年分析时间跨度大(8760小时)，采用通用软件进行全三维数值计算需要的CPU时间代价巨大，工程实用性差。部分一维模型针对深埋地埋风管系统建立，不适用于浅埋情形。为此，有必要建立适用于浅埋和深埋的合理简化的数值传热计算模型及高效实用的计算算法，解决了地埋风管换热器热工性能计算软件全年模拟计算的速度慢问题。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种地埋风管换热性能的逐时数值模拟方法，能够解决或者至少部分解决上述存在的问题。

为解决以上技术问题，本发明提供的技术方案是一种地埋风管换热性能的逐时数值模拟方法，包括：

接收地埋风管截面尺寸、地埋风管埋深、地埋风管间距、风道水平方向长度、岩土热物性参数和逐时气象参数，其中，逐时气象参数包括空气含湿量、空气相对湿度和空气温度；

建立单层多管地埋风管换热器传热计算数值模型：岩土沿地埋风管管道方向划分为若干段，忽略岩土段与段的导热；地埋风管截面尺寸采用截面积相等的原则等效成方管；假设多支风道换热相同，截面计算区域取一根风道水平方向长度的一半；忽略地埋风管与岩土热物性差异；每段岩土温度采用二维非稳态扩散数值模型计算；空气含湿量和空气温度只计算轴向变化，采用逆风格式一维非稳态对流-扩散数值模型计算；空气含湿量方程计算时忽略扩散项。

优选的，所述的地埋风管换热性能的逐时数值模拟方法还包括建立：计算空气湿度-计算空气温度-修正空气湿度-计算岩土温度顺序计算算法：

步骤一：接收岩土热物性参数、地埋风管埋深、地埋风管间距、地埋风管管径和地埋风管埋管长度；

步骤二：接收岩土初始温度、空气初始温度及空气相对湿度；

步骤三：假设空气-管壁传质系数为零，基于上一时刻的岩土温度、空气温度和空气含湿量，联立求解当前时刻空气含湿量；

步骤四：接收当前流速或风量，采用关联式计算空气-管壁对流换热系数；

步骤五：基于上一时刻的岩土温度、空气温度和空气含湿量，联立求解当前时刻空气温度；

步骤六：判断每个节点的空气相对湿度是否超过100％：若某节点空气相对湿度超过100％，将其修正为100％或95％，温度不予修正，并重新计算当前时刻空气含湿量；

步骤七：基于上一时刻的岩土温度，当前时刻空气温度和当前时刻空气含湿量计算当前时刻岩土温度；