地源熱泵的案例
『分享』高手請(qǐng)進(jìn)：應(yīng)用ansys求解地源熱泵的若干問(wèn)題，請(qǐng)師兄指導(dǎo)^_^
高手請(qǐng)進(jìn)
我是一名在校研究生，研究方向是地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)。情況是這樣的，我需要模擬地下土壤的溫度場(chǎng)。說(shuō)來(lái)慚愧，因?yàn)闆](méi)有接觸過(guò)ansys，所以看不懂上傳論文中關(guān)于模型網(wǎng)格的劃分，具體的模型可以參見(jiàn)上傳的論文，論文格式PDF，現(xiàn)在我求救的是怎么樣把論文中的模型用ansys來(lái)劃分網(wǎng)格？我在上海，若有高手指點(diǎn)迷津的話，我會(huì)不勝感激，聯(lián)系方式：yhh_8204@hotmail.com 謝謝了，等待大俠或師兄們的回復(fù)
5sys地源熱泵U型管地下?lián)Q熱器的準(zhǔn)三維模型.pdf
制冷機(jī)燙傷了他的手，他卻收獲了“地暖小屋”
韋伯的“地暖小屋”
小試成功之后，羅伯特韋伯逐漸完善了關(guān)于地源熱泵的構(gòu)想，進(jìn)一步拓展了熱泵的功能，使其既能供暖又能制冷。有了這些準(zhǔn)備，自然要行動(dòng)起來(lái)。
地源熱泵示意圖 （圖片來(lái)源：diyuanrebengkt.blog.163.com）
羅伯特韋伯就在自家后院中安裝了一套這樣的裝置。地下挖深15.24米，埋設(shè)了長(zhǎng)121.92米直徑19.05毫米的銅管，在地下室安裝了一個(gè)3馬力的機(jī)組。據(jù)悉，這套裝置可使其居室溫度維持在24℃左右。
地源熱泵百年之路
羅伯特韋伯是第一個(gè)通過(guò)逆向使用制冷器來(lái)為房間供暖的科學(xué)家，也是現(xiàn)代地源熱泵的先鋒人物。
科學(xué)家提出地源熱泵的概念，已經(jīng)有一百年多年的歷史了。1912年，瑞士工程師海因里希佐伊利(HeinrichZoelly，1862-1937)申請(qǐng)了一份專利報(bào)告，其中提出了“地源熱泵”的概念。
所謂熱泵，是一種將低溫?zé)嵩吹臒崮苻D(zhuǎn)移到高溫?zé)嵩吹难b置。顧名思義，“熱泵”就是能把外界空氣（或循環(huán)水）中的熱量“泵”入溫度較高的室內(nèi)裝置。
瑞士工程師海因里希佐伊利 （圖片來(lái)源：translate.sogoucdn.com）
羅伯特韋伯的地源熱泵，是一種基于制冷劑的閉環(huán)地?zé)嵯到y(tǒng)。在該系統(tǒng)中，制冷劑通過(guò)銅管直接與土壤交換熱量，因此又被稱為直接交換熱泵。在加熱模式下，制冷劑吸收熱量并從液體變?yōu)闅怏w(蒸發(fā))；在冷卻模式下，制冷劑放出熱量并從氣體變?yōu)橐后w(冷凝)。
20世紀(jì)80年代，地源熱泵技術(shù)趨于成熟。如今，已獲得了蓬勃發(fā)展，并被認(rèn)為是一種重要的節(jié)能裝置。通常，地源熱泵消耗1kWh的能量，可以得到4.4kWh以上的熱量或冷量。這是熱泵的優(yōu)勢(shì)所在，是電流的熱效應(yīng)所望塵莫及的。
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374-同軸深井地源熱泵（地埋管）換熱仿真
01
模型
模型示意圖如下：
實(shí)際模型如下：
02
網(wǎng)格
因模型對(duì)稱，且邊界條件對(duì)稱，故可取一半作仿真分析。
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技術(shù)新舊大比拼：電磁熱泵VS傳統(tǒng)型熱泵
在水源熱泵的設(shè)備方面，也要充分考慮溫差（取水和回灌水之間溫差）與流量的合理利用，以及對(duì)于住宅水源熱泵系統(tǒng)的外網(wǎng)運(yùn)行費(fèi)用分擔(dān)問(wèn)題。
地源熱泵技術(shù)
地下土壤中蘊(yùn)藏著豐富的溫度資源，夏季地下土壤的溫度低于地上空間的溫度，冬季地下土壤的溫度高于地上空間的溫度。地溫熱泵技術(shù)就是利用這種季節(jié)性溫度差，通過(guò)專門裝置在夏季將地下土壤的低溫資源轉(zhuǎn)換到地上空間制冷，在冬季將地下土壤的高溫資源轉(zhuǎn)換到地上空間供熱。其實(shí)從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，地源熱泵也是空調(diào)，同樣會(huì)衰減：冬天，它從地下吸取熱量來(lái)供熱。但用上十年，這種裝置會(huì)比其他大多數(shù)的系統(tǒng)都更有效地供熱。如果把一定的能源放進(jìn)一個(gè)熔爐，制熱時(shí)，所收回的或許會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于所放入的能源。但如果把該部分能源放進(jìn)一個(gè)熱泵，將收回三倍的效力。這是因?yàn)?em>熱泵不需要使用能源來(lái)造熱；取而代之的是，它是轉(zhuǎn)移已經(jīng)存在的熱量。
究其特點(diǎn)，地源熱泵系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑物的供熱和制冷，還可供生活熱水，一機(jī)多用。一套系統(tǒng)可以代替原來(lái)的鍋爐加制冷機(jī)的兩套裝置或系統(tǒng)。系統(tǒng)緊湊，省去了鍋爐房和冷卻塔，節(jié)省建筑空間，也有利于建筑的美觀。地源熱泵系統(tǒng)的另一個(gè)顯著的特點(diǎn)是大大提高了一次能源的利用率，因此具有高效節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)。地源熱泵比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行效率要高約40-60%。另外，地源溫度較恒定的特性，使得熱泵機(jī)組運(yùn)行更可靠、穩(wěn)定，整個(gè)系統(tǒng)的維護(hù)費(fèi)用也較鍋爐－制冷機(jī)系統(tǒng)大大減少，保證了系統(tǒng)的高效性和經(jīng)濟(jì)性。
迄今為止，制約地源熱泵系統(tǒng)在我國(guó)應(yīng)用的障礙主要是在地下埋管的初投資較高，以及政府、建筑設(shè)計(jì)人員和公眾對(duì)這一技術(shù)缺乏了解。地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性取決于多種因素。
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FLUENT仿真經(jīng)典案例#404-U形地埋管（地源熱泵）換熱仿真
01
模型圖
02
仿真工況
入口條件：流體速度0.6m/s，velocity inlet，水溫36℃，直徑26mm。
土壤原始溫度為：即初始溫度16℃（FLUENT中可使用Patch）。
計(jì)算域外圍和底部設(shè)為初溫16℃，計(jì)算域頂部設(shè)為絕熱邊界。
03
網(wǎng)格圖
使用ANSYS MESH制作混合網(wǎng)格（六面體、三棱柱和四面體）。其實(shí)為有效降低網(wǎng)格縱橫比，可以考慮整體均使用棱柱網(wǎng)格。
04
仿真基本設(shè)置
1 瞬態(tài)計(jì)算，并考慮重力影響。
2 使用標(biāo)準(zhǔn)KE湍流模型。
3 打開(kāi)能量方程。
4 為不同區(qū)域創(chuàng)建不同材質(zhì)。
主要是創(chuàng)建管道、土壤和回填層的材質(zhì)。
5 將不同材質(zhì)分別賦給不同的域。
6 設(shè)置入口速度和溫度條件。
0.6m/s和36℃。
7 設(shè)置出口條件
根據(jù)實(shí)際選擇使用OUTFLOW。
或壓力出口條件，出口回流溫度16℃。
8 設(shè)置壁面條件
其中上表面可設(shè)置為外界（空氣）溫度，底面和側(cè)面可設(shè)置為土壤溫度。此例中都使用的是16℃（僅作為演示，不一定合適）。
9 可根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置對(duì)某些位置的溫度監(jiān)測(cè)。
10 初始化并賦初溫。
展開(kāi) 基于comsol的多年運(yùn)行埋地能量樁工程實(shí)例仿真分析 ￥2800
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</div><p><br></p><p> 埋地能量樁又稱地源熱泵是陸地淺層能源通過(guò)輸入少量的高品位能源（如電能）實(shí)現(xiàn)由低品位熱能向高品位熱能轉(zhuǎn)移的裝置。通常地源熱泵消耗1kWh的能量，用戶可以得到4.4kWh以上的熱量或冷量。</p><p> 利用土壤深處冬暖夏涼的特性，適當(dāng)?shù)慕ㄖ車贾媚芰繕蛾嚵校浞值睦玫卦茨芰刻娲ㄖ?nèi)空調(diào)等溫控設(shè)備，起到節(jié)約環(huán)保的功能。</p><p><br></p><p> 地源熱泵技術(shù)是利用地下的土壤、地表水、地下水溫相對(duì)穩(wěn)定的特性，在夏天將室內(nèi)的余熱轉(zhuǎn)移到低位熱源中，在冬天把低位熱源中的熱量轉(zhuǎn)移到需要供熱或加溫的地方，達(dá)到降溫或制冷的目的[1]。地源熱泵技術(shù)比傳統(tǒng)鍋爐技術(shù)節(jié)省70%以上的能源和40%～60%的運(yùn)行費(fèi)用；在制冷時(shí)，地?zé)岜眉夹g(shù)要比普通空調(diào)節(jié)能40%～50%，運(yùn)行費(fèi)用降低40%以上。</p><p>能量樁是一種樁埋管形式地源熱泵技術(shù)與傳統(tǒng)樁基礎(chǔ)相結(jié)合的經(jīng)濟(jì)、高效、節(jié)能減排的新技術(shù)。通過(guò)在樁基礎(chǔ)中埋設(shè)各種形狀的換熱器裝置，進(jìn)行淺層低溫地?zé)崮苻D(zhuǎn)換，在滿足常規(guī)樁基力學(xué)功能的同時(shí)還能通過(guò)樁體實(shí)現(xiàn)與淺層地能的熱交換，起到樁基和地源熱泵預(yù)成孔直接敷設(shè)埋管換熱器的雙重作用[3]。
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279#FLUENT精典案例-考慮地下水滲流作用下的地源熱泵豎直雙 U 地埋管群傳熱特性仿真
01
參考文獻(xiàn)
王瑜,劉志成. 地下水滲流對(duì)地源熱泵豎直雙U地埋管群傳熱特性的影響[J]. 實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2019,38(9):52-57.
02
基本情況
如下圖（截自參考文獻(xiàn)）所示包含九個(gè)地埋管的井群（管群）模型，其中地埋管均為雙U管（即每孔兩根U型管）。
可再生能源建筑 讓建筑每個(gè)“毛孔”都透出綠色
程吉利說(shuō)，研發(fā)基地還建有地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)，通過(guò)收集利用地下淺層地?zé)豳Y源(土壤)來(lái)實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能供暖，每年可節(jié)省標(biāo)煤89.24噸，減少二氧化碳排放246.5噸、二氧化硫7.4噸、二氧化氮3.7噸。
接“地氣”換“新風(fēng)”住院大樓也能冬暖夏涼
“新的住院大樓里空氣新鮮，也不悶，而且沒(méi)有大家討厭的藥水味道，心情好很多。”近日，住在息烽縣人民醫(yī)院綜合住院大樓康復(fù)病房的錢甫，有了不同的就醫(yī)體驗(yàn)。
前幾日貴陽(yáng)倒春寒，最低溫度降至8度，息烽縣人民醫(yī)院的病房里卻依然暖和，關(guān)鍵就是地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)。“住院大樓地下水的溫度常年在17度左右。地源熱泵系統(tǒng)冬季通過(guò)壓縮機(jī)將土壤中的熱量抽取，通過(guò)加熱將熱量轉(zhuǎn)移到室內(nèi)供暖，夏季剛好相反，可以將室內(nèi)的熱量轉(zhuǎn)到土壤中，給室內(nèi)降溫，達(dá)到冬暖夏涼的目的。”項(xiàng)目設(shè)計(jì)咨詢單位重慶海潤(rùn)節(jié)能研究院相關(guān)負(fù)責(zé)人許蜀榕說(shuō)。
息烽縣人民醫(yī)院是全國(guó)首家三星級(jí)綠色醫(yī)院，除了地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)，還有ESV智能新風(fēng)系統(tǒng)。許蜀榕介紹：“新風(fēng)系統(tǒng)可以隨時(shí)對(duì)室內(nèi)空氣進(jìn)行檢測(cè)，如果二氧化碳等超標(biāo)，就會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)從市外引入新風(fēng)，同時(shí)通過(guò)排風(fēng)管將廢氣排出，保證病房?jī)?nèi)的空氣時(shí)刻新鮮。”
該院的綜合住院大樓還采用降噪地板，實(shí)現(xiàn)采光最大化，減少白天開(kāi)燈的頻率，并在一樓設(shè)置兩個(gè)采光井，為地下一層進(jìn)行照明。“地源熱泵系統(tǒng)的增量費(fèi)為676萬(wàn)元，但每年可節(jié)能382.99噸標(biāo)準(zhǔn)煤，節(jié)能率為42%，總運(yùn)行費(fèi)用可節(jié)約85.16萬(wàn)元。”息烽縣人民醫(yī)院院長(zhǎng)蔡顯斌說(shuō)。
政府推廣綠色建筑建設(shè)更綠更美城市家園
綠色建筑是指在建筑的全壽命周期內(nèi)，最大限度地節(jié)約資源(節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材)、保護(hù)環(huán)境和減少污染，為人們提供健康、適用和高效的使用空間，與自然和諧共生的建筑。
展開(kāi) 熱泵在碳中和中的作用與意義
地源熱泵
地源熱泵技術(shù)，是一種利用淺層地?zé)崮茉吹牡推肺粺嵩醇瓤晒嵊挚芍评涞母咝Ч?jié)能的空調(diào)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑物供暖、制冷、熱水三聯(lián)供系統(tǒng)的能源供給，是目前淺層地?zé)崮茏钪饕拈_(kāi)發(fā)利用方式。地源熱泵主要分為地埋管熱泵、地下水熱泵和地表水源熱泵 。
414-基于相變材料回填并考慮地下水滲流影響的U形地埋管換熱器（地源熱泵）換熱仿真
414-基于相變材料回填并考慮地下水滲流影響的U形地埋管換熱器（地源熱泵）換熱仿真
備注：模型參數(shù)同404案例。
01
模型圖
02
仿真工況
入口條件：流體速度0.6m/s，velocity inlet，水溫36℃，直徑26mm。
土壤原始溫度：16℃。
計(jì)算域外圍和底部設(shè)為初溫16℃，計(jì)算域頂部設(shè)為絕熱邊界。
03
網(wǎng)格圖
使用ANSYS MESH制作混合網(wǎng)格（六面體、三棱柱和四面體）。
說(shuō)明：實(shí)際應(yīng)用時(shí)需要進(jìn)行網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證，以便選取合適的網(wǎng)格數(shù)量（兼顧計(jì)算速度和計(jì)算質(zhì)量）。
04
仿真基本設(shè)置
1 瞬態(tài)計(jì)算，并考慮重力影響。
2 使用標(biāo)準(zhǔn)KE湍流模型。
3 打開(kāi)能量方程。
4 為不同區(qū)域創(chuàng)建不同材質(zhì)。
主要是創(chuàng)建管道、土壤和回填層的材質(zhì)。
5 將不同材質(zhì)分別賦給不同的域。
6 設(shè)置入口速度和溫度條件。
0.6m/s和36℃。
7 設(shè)置出口條件
根據(jù)實(shí)際選擇使用OUTFLOW。
或壓力出口條件，出口回流溫度16℃（土壤溫度）。
8 設(shè)置壁面條件
其中上表面可設(shè)置為外界（空氣）溫度，底面和側(cè)面可設(shè)置為土壤溫度（定溫邊界）。
9 可根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置對(duì)某些位置的溫度監(jiān)測(cè)。
監(jiān)測(cè)出口和坐標(biāo)為（xi,0,20）的點(diǎn)溫度，其中xi=0，0.5，1，1.95。
展開(kāi) 
世界最大天文館之一——上海天文館主體鋼結(jié)構(gòu)工程收尾
施工難點(diǎn)：
一是克服土方開(kāi)挖底標(biāo)高復(fù)雜的難點(diǎn)，針對(duì)墊層下有大量的地源熱泵地埋管，上海建工七建集團(tuán)采用BIM模擬土方分塊開(kāi)挖方案；
二是面對(duì)基坑面積大、作業(yè)面廣等管理難點(diǎn)，為確保基坑穩(wěn)定而坑邊道路限制停車，采取有效措施應(yīng)對(duì)材料運(yùn)輸和混凝土泵車攪拌車停位困難；
三是由于本工程底板承臺(tái)多結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，對(duì)鋼筋綁扎帶來(lái)了較大的難度，通過(guò)鋼筋翻樣的準(zhǔn)確配料，確保了鋼筋綁扎的順利完成，同時(shí)也確保了工程節(jié)點(diǎn)目標(biāo)的正常推進(jìn)。
由于天文館結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)均為異形，主體結(jié)構(gòu)由球幕影院、倒穹頂、大懸挑圓弧、核心筒幾個(gè)主要部位組成，均為不規(guī)則的異形結(jié)構(gòu)，附屬建筑的設(shè)計(jì)也均以圓弧、球體等異形結(jié)構(gòu)為主，給設(shè)計(jì)和施工都帶來(lái)了較大挑戰(zhàn)。
為此，設(shè)計(jì)全過(guò)程采用BIM技術(shù)，對(duì)建筑模型及所攜帶的相關(guān)信息進(jìn)行全方位、多角度、各層次的處理，使得工程建設(shè)的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維由傳統(tǒng)的2D向3D轉(zhuǎn)變，設(shè)計(jì)和施工水平都顯著提高。
上海天文館將地源熱泵、太陽(yáng)能利用技術(shù)、照明控制系統(tǒng)、雨水收集利用、高效節(jié)水器具等多項(xiàng)節(jié)能技術(shù)集成運(yùn)用。同時(shí)結(jié)合天文館教育屬性的考慮，將建筑節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用通過(guò)展示手段融入展教內(nèi)容，從而使得建成后的上海天文館成為大型公共綠色建筑的示范工程。
來(lái)源：筑龍bim
展開(kāi) 達(dá)成“綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)”的快速指南——CFD仿真技術(shù)幫你建造“會(huì)呼吸的房子”
設(shè)計(jì)師巧妙利用這個(gè)底板鋪設(shè)的700公里長(zhǎng)的管道，形成地源熱泵，引入黃浦江水作冷熱源。地源熱泵是一種利用地下淺層地?zé)豳Y源，既可供熱又可制冷的高效節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)。
世博軸
通過(guò)分析得到以下熱泵機(jī)組的性能圖。
制冷工況（圖左）；制熱工況（圖右）。
與普通的冷熱源系統(tǒng)相比，2010年統(tǒng)計(jì)可得全年節(jié)電408.6萬(wàn)瓦，年減碳量5629噸。
結(jié)語(yǔ)
CFD技術(shù)在建筑行業(yè)的應(yīng)用已經(jīng)也有多年的時(shí)間，根據(jù)2015年國(guó)家實(shí)施的《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》中，也將CFD技術(shù)列入了標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)，足以體現(xiàn)仿真技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的重要性。人們逐漸加強(qiáng)對(duì)CFD的認(rèn)識(shí)，積極開(kāi)展綠色建筑研究，才能讓 CFD 在建筑室外風(fēng)場(chǎng)研究領(lǐng)域發(fā)揮盡可能大的作用，為綠色可持續(xù)發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。
展開(kāi) 空調(diào)制冷制熱原理圖
壓縮式制冷原理圖
水源熱泵制冷示意圖
風(fēng)冷熱泵工作示意圖
地源熱泵機(jī)組工作示意圖
空調(diào)系統(tǒng)工作示意圖
代做Fluent-CFX-STAR CCM+-WORKBENCH-FDS-Pathfinder-仿真
精典仿真案例舉例：攪拌器（釜）內(nèi)的混合現(xiàn)象、軸流泵/離心泵及其氣蝕、滑動(dòng)軸承及其空化、地源熱泵（地埋管）換熱、噴霧冷卻、噴氣織機(jī)氣流、翼型動(dòng)力計(jì)算、風(fēng)機(jī)、水平軸/垂直軸風(fēng)力機(jī)、艦船行駛、汽車/飛機(jī)/列車運(yùn)行、干氣密封、建筑（室內(nèi)/外）風(fēng)環(huán)境、旋風(fēng)分離器/旋流器、氣/液體燃料燃燒器、四角切鍋爐煤粉燃燒、管殼式換熱器、圓柱繞流、直升機(jī)起落架應(yīng)力及模態(tài)等，（未一一列舉，基本都可在本店看到案例展示，列舉的案例大部有在售視頻）。
（2）Icem、Gambit、Ansys mesh、ANSA、Star-CCM+、TurboGrid（旋轉(zhuǎn)機(jī)械網(wǎng)格）、Hypermesh、Fluent meshing等結(jié)構(gòu)/非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分；
（3）LaTex、Indesign、Word、Excel排版/文字處理/公式編輯錄入；
（4）Creo、Inventor、Solidworks等三維建模、運(yùn)動(dòng)仿真；
（5）CAD成圖、Tecplot數(shù)據(jù)處理；
展開(kāi) 