地埋管熱換器的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀文獻(xiàn)綜述國內(nèi)外學(xué)者們對土壤源熱泵地埋管換熱器的傳熱問題進(jìn)行了大量的實驗與數(shù)值模擬研究。圖1.4為GHE傳熱性能的研究方向。相關(guān)研究主要集中于材料和結(jié)構(gòu)兩個方面，其中材料主要涉及地埋管中的工質(zhì)、地埋管材料、回填材料以及土壤情況等；而結(jié)構(gòu)主要涉及地埋管結(jié)構(gòu)、地埋管相關(guān)尺寸以及地埋管群的布置等。圖1.4GHE傳熱性能的影響因素Figure1.4AffectingfactorsofheattransferperformanceofGHE地埋管中的循環(huán)流體對地埋管換熱器的傳熱性能有著不可忽視的影響。李超等人[3]建立了埋深為2505m的地埋管換熱器的數(shù)值計算模型，分析了在U型管內(nèi)加入納米流體對地埋管換熱器換熱能力的影響。結(jié)果表明，在該研究的工況下，加入納米流體所達(dá)到的強(qiáng)化換熱效果較小。Hu等人[4]模擬了同軸閉環(huán)地?zé)嵯到y(tǒng)的工作流體流動和傳熱過程，比較了CO2和水作為地埋管換熱器工質(zhì)的優(yōu)缺點。他們發(fā)現(xiàn)使用CO2作為工質(zhì)的換熱器的傳熱效率更高，但其輸出溫度要低。因此，水仍然適合作為埋設(shè)于溫度較低地?zé)醿拥牡芈窆軗Q熱器的工質(zhì)。Sun等人[5]提出了一種以超臨界CO2作為U型地埋管換熱器循環(huán)工質(zhì)的方法，該方法通過對傳熱流體進(jìn)行閉環(huán)循環(huán)回收，避免了流體的連續(xù)流失和對地?zé)醿拥拈L期損害。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在相同的進(jìn)口流速下，CO2的出口溫度和輸送能量分別為108.0°C和186.81kJ/kg，而水的出口溫度和輸送能量分別為85.1°C和289.18kJ/kg。Diglio等人[6]用納米流體代替水作為地埋管換熱器的工質(zhì)進(jìn)行數(shù)值模擬研究。結(jié)果表明，采用納米流體作為換熱工質(zhì)對降低地埋管換熱器熱阻的效應(yīng)是積極的，這是因為納米流體的換熱系數(shù)較大。當(dāng)納米流體體積分?jǐn)?shù)為1vol.%時，使用水基Cu納米流體的地埋管換熱器熱阻降幅最大，約為3.8%。Daneshipour和Rafee[7]采用數(shù)值模擬的方法研究了水基CuO和水基Al2O3納米流體作為循環(huán)流體對地埋管換熱器換熱特性的影響。數(shù)值計算結(jié)果發(fā)現(xiàn)水基CuO納米流體相比于水基Al2O3納米流體的換熱性能更好，但其壓力損失和泵送功率更高。Sui等人[8]采用數(shù)值計算的方法對比了以水基Al2O3納米流體和水作為循環(huán)流體時地埋管換熱器的傳熱特性。發(fā)現(xiàn)水從地層中提取的熱量為3050kW，而納米流體提取的熱量為3393kW，可多提取11.24%的地?zé)崮?。Narei等人[9]研究發(fā)現(xiàn)采用水基Al2O3納米流體代替水作為地埋管換熱器的換熱工質(zhì)，可減少地埋管1.3%的孔徑長度。地埋管作為循環(huán)流體與土壤換熱的中間站，改變地埋管材料是提升地埋管換熱器傳熱性能的重要方法。Badenes等人[10]發(fā)現(xiàn)地埋管材料和回填材料的導(dǎo)熱系數(shù)是影響地源熱泵系統(tǒng)整體傳熱性能最關(guān)鍵的參數(shù)，通過研究他們發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)芈窆懿牧虾突靥畈牧系膶?dǎo)熱系數(shù)為1.1W/(m·K)和2.9W/(m·K)時，大大縮短了鉆井深度，此時地埋管換熱器的傳熱性能最佳。Cao等人[11]通過實驗和數(shù)值模擬兩種方法研究了一種以高導(dǎo)熱鋼材料為管材的地埋管換熱器的傳熱性能。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該種地埋管換熱器的傳熱性能優(yōu)于傳統(tǒng)的以聚乙烯（PE）為管材的地埋管換熱器，且單位管長換熱量提高了36%。Bassiouny等人[12]使用鋁復(fù)合高密度聚乙烯材料制作地埋管換熱器的管道來提高地埋管換熱器的傳熱性能。復(fù)合材料的等效導(dǎo)熱率在鋁線直徑為2mm時提高了近25%，在鋁線直徑為3mm時提高了150%。說明該方法可以在保證管道具有優(yōu)良抗腐蝕能力的同時，增強(qiáng)地埋管換熱器的傳熱性能。也有相當(dāng)多的學(xué)者對地埋管換熱器的回填材料進(jìn)行了改進(jìn)。Luo等人[13]提出了一種新的U型地埋管換熱器解析模型。研究結(jié)果表明：在穩(wěn)定階段，不同回填材料的溫度曲線在空間分布上具有相同的形狀。Zhang等人[14]對管中管式地埋管換熱器與回填材料的換熱過程進(jìn)行了數(shù)值模擬，分析了土壤溫度和回填材料初始溫度等參數(shù)對回填材料儲熱性能的影響。計算結(jié)果發(fā)現(xiàn)在回填材料中添加相變材料（PCM）可提高其蓄熱能力。換熱過程持續(xù)10h后，發(fā)現(xiàn)添加PCM的回填材料比普通回填材料的蓄熱量增加了155.2kJ。Yang等人[15]對使用PCM作回填材料的地埋管換熱器的熱工性能進(jìn)行了實驗和模擬研究。在夏季和冬季工況下，PCM回填材料的熱干擾半徑分別為傳統(tǒng)回填材料的86.5%和87.8%；同時，由于相變過程中相變材料潛熱的釋放，相變回填材料可以提高地埋管換熱器的換熱速率，延緩?fù)寥罍囟鹊淖兓?。Zhang等人[16]建立了新型地埋管換熱器（UTB）的三維數(shù)值模型來評估其傳熱性能。他們發(fā)現(xiàn)在短期高熱負(fù)荷條件下，UTB能夠比傳統(tǒng)的垂直地埋管換熱器更有效地調(diào)節(jié)GSHP的入口水溫。此外，使用PCM作為回填材料時，UTB中約75%的PCM被融化，而傳統(tǒng)的垂直地埋管換熱器中只有14%的PCM被融化。Chen等人[17]建立了地源熱泵系統(tǒng)的數(shù)值模型，以研究采用PCM作為回填材料對地源熱泵系統(tǒng)傳熱效率的影響。結(jié)果顯示導(dǎo)熱系數(shù)低的PCM回填材料使系統(tǒng)傳熱效率降低，而導(dǎo)熱系數(shù)與普通回填材料相當(dāng)?shù)腜CM回填材料將提高地源熱泵系統(tǒng)的傳熱效率和運行穩(wěn)定性。Jin等人[18]引入不平衡熱短路系數(shù)作為衡量地埋管換熱器熱短路的評價指標(biāo)。研究發(fā)現(xiàn)回填材料的導(dǎo)熱系數(shù)和鉆孔深度與不平衡熱短路系數(shù)成正相關(guān)；進(jìn)口流速與不平衡熱短路系數(shù)成負(fù)相關(guān)ADDINEN.REFLIST。ADDINEN.REFLISTKim等人[19]通過實驗和模擬相結(jié)合研究了不同水泥基回填材料對地埋管換熱器的作用效果。發(fā)現(xiàn)回填材料的導(dǎo)熱系數(shù)和比熱容的增加對地埋管換熱器的傳熱性能的增強(qiáng)均有正向的作用效果。Li等人[20]采用ANSYSFluent軟件對以PCM和碎石混凝土為回填材料的U型地埋管換熱器的換熱過程進(jìn)行了研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，使用PCM回填材料的地埋管換熱器的延米換熱量對比以碎石混凝土為回填材料的地埋管換熱器的延米換熱量增長了0.23倍。齊承英等人[21]對比研究了以粉細(xì)砂和中粗砂為回填材料的雙U型地埋管換熱器的換熱特性。實驗結(jié)果表明：在取熱工況下，地埋管換熱器的換熱量在使用中粗砂作為回填材料時，比用粉細(xì)砂作為回填材料的情況提高了10%。埋設(shè)地埋管換熱器的土壤相關(guān)條件對地埋管換熱器傳熱特性同樣有著重要的作用，主要影響因素包括：土壤導(dǎo)熱系數(shù)、地下水滲流速度以及地下水溫度等。ADDINEN.REFLISTWang等人[22]通過數(shù)值計算研究了土壤導(dǎo)熱系數(shù)和地下水流速等因素對地埋管換熱器傳熱性能的影響。發(fā)現(xiàn)地埋管換熱器的換熱量隨著土壤導(dǎo)熱系數(shù)、地下水流速、進(jìn)口流體溫度和進(jìn)口流速的增加而增加；隨著土壤孔隙度的增加而減小。Li等人[23]以實驗和數(shù)值模擬的方法研究了U型地埋管換熱器不同位置和時間下的溫度分布。結(jié)果顯示當(dāng)U形管的兩管腿垂直于地下水滲流方向，則可增強(qiáng)傳熱效果。ADDINEN.REFLISTMa等人[24]為研究地下水對地埋管換熱器周圍溫度分布的影響，進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。計算結(jié)果顯示地下水流速的變化會導(dǎo)致靠近地埋管換熱器的含水層溫度場出現(xiàn)明顯的波動。當(dāng)?shù)叵滤魉贋?.15m/a-315m/a時，含水層的熱影響半徑為7.4m-143m。Congedo等人[25]在瞬態(tài)條件下對于不同埋深和土壤導(dǎo)熱系數(shù)對水平地埋管換熱器傳熱性能的影響進(jìn)行了研究。分析發(fā)現(xiàn)水平地埋管換熱器的瞬態(tài)熱性能與土壤導(dǎo)熱系數(shù)無關(guān)，而與埋深有關(guān)。Stylianou等人[26]提出了在有和無地下水流動的情況下，垂直地埋管換熱器傳熱的數(shù)學(xué)模型。他們發(fā)現(xiàn)地下水的存在改善了系統(tǒng)的換熱過程。Tang和Nowamooz[27]建立了U型地埋管換熱器的數(shù)值計算模型，以評價安裝在不同土壤中的淺層地埋管換熱器的傳熱性能。發(fā)現(xiàn)安裝在砂土中的淺層地埋管換熱器比安裝在粘土中的地埋管換熱器的綜合性能提高了8%。ADDINEN.REFLISTGuan等人[28]采用FORTRAN語言設(shè)計了地埋管換熱器模型的三維動態(tài)數(shù)值計算程序，并利用熱響應(yīng)試驗數(shù)據(jù)驗證了程序的可靠性，同時證明了假設(shè)管內(nèi)流場為勻速流場這一條件對地埋管換熱器的換熱分析會造成較大誤差。Hu[29]在考慮地下水滲流的條件下，建立了地埋管換熱器的分析模型來研究其與周圍土壤的換熱過程。結(jié)果表明，地下水滲流會引起地埋管換熱器周圍溫度場的變形；當(dāng)?shù)叵滤魉僮銐虼髸r，可減小熱量的堆積以及地埋管換熱器的熱干擾。ADDINEN.REFLISTLi等人[30]在考慮地下水滲流的工況下研究了載荷優(yōu)化和幾何布置對地埋管換熱器換熱性能的影響。優(yōu)化負(fù)荷后地埋管換熱器的最大出口流體溫度降低了7.99%。Song等人[31]研究了地源熱泵系統(tǒng)的埋管布置方式對其傳熱性能的影響，分析了土壤孔隙率和溫度場對地基沉降的影響。結(jié)論表明U型地埋管換熱器引起熱積累使地基沉降變?nèi)?，冷積累使地基沉降增加。ADDINEN.REFLISTYou等人[32]利用三維有限元模型模擬地埋管換熱器在不同地下水流速下的換熱情況。結(jié)果顯示隨著地下水流速的增加，平均進(jìn)出口水溫降低，地埋管換熱器綜合導(dǎo)熱性能顯著提高。Gu等人[33]建立了U型地埋管換熱器的三維物理模型來研究地源熱泵系統(tǒng)的傳熱特性。他們指出U型地埋管換熱器的出口溫度隨著土壤濕度的增加而降低。改變地埋管換熱器的結(jié)構(gòu)會影響地埋管換熱器的熱擴(kuò)散強(qiáng)度，是強(qiáng)化地埋管傳熱的重要因素。ADDINEN.REFLISTSerageldin等人[34]提出了一種新型雙螺旋地埋管換熱器，通過數(shù)值模擬比較了傳統(tǒng)單U型螺旋地埋管換熱器和雙螺旋地埋管換熱器在不同流量下的熱工性能。結(jié)果表明，新型雙螺旋地埋管換熱器的換熱速率比單U型螺旋地埋管換熱器高44.1%，其熱阻比單U型螺旋地埋管換熱器低75.3%。Cui等人[35]建立地埋管換熱器的瞬態(tài)傳熱模型，采用數(shù)值模擬的方法驗證了數(shù)學(xué)解析解的準(zhǔn)確性。數(shù)值計算結(jié)果發(fā)現(xiàn)并聯(lián)U形管的數(shù)量為4個時換熱效果最佳，最優(yōu)進(jìn)口速度應(yīng)隨地埋管埋深的增加而增大。ADDINEN.REFLISTHabibi等人[36]建立了三維數(shù)值模型來預(yù)測水平地埋管換熱器的熱工性能，比較了平板地埋管換熱器與水平線型地埋管換熱器的熱工性能。他們發(fā)現(xiàn)與管道間距為0.5m的線型地埋管換熱器相比，平板地埋管換熱器的換熱性能提高了27%。Jahanbin[37]提出了一種橢圓U型垂直地埋管換熱器以提高地埋管換熱器系統(tǒng)的熱工性能。研究發(fā)現(xiàn)橢圓U形管與單U形管相比，熱阻降低了17%以上。Kumar和Murugesan[38]討論了在地源熱泵系統(tǒng)中使用雙U型地埋管換熱器對于換熱效果的優(yōu)化。發(fā)現(xiàn)從地面釋放和提取的熱量分別為9270W和7210W。采用田口方法（Taguchi）分析后得知地埋管換熱器中水的質(zhì)量流量是對換熱效果影響最大的因素。ADDINEN.REFLISTYang等人[39]對不同進(jìn)口溫度和螺旋節(jié)距下水平螺旋地埋管換熱器的換熱能力進(jìn)行了實驗研究。實驗結(jié)果說明減小螺距可以提高總換熱量，但會使得單位長度換熱量降低。Javadi等人[40]從換熱率、壓降以及熱阻等方面對8種新型螺旋式地埋管換熱器與單U型地埋管換熱器進(jìn)行比較，從中找出最優(yōu)的一種。他們指出三螺旋式地埋管換熱器的換熱能力明顯優(yōu)于其他地埋管換熱器，其次是雙螺旋式地埋管換熱器和W型螺旋地埋管換熱器。Javadi等人[41]提出了三螺旋式地埋管換熱器，并對其進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，分析了螺旋節(jié)距、螺旋直徑以及螺旋管長度等幾何參數(shù)對換熱效果的影響。分析得出對三螺旋式地埋管換熱器的傳熱性能影響最大的因素是螺旋管的長度。梅新忠等人[42]對增強(qiáng)型同軸地埋管換熱器、單U型和雙U型地埋管換熱器進(jìn)行了現(xiàn)場熱響應(yīng)實驗（TRT）。增強(qiáng)型同軸地埋管換熱器的延米換熱量大于單、雙U型地埋管換熱器的延米換熱量，分別是它們的2.0和2.6倍。王碩等人[43]通過對埋深為2605m的同軸套管型地埋管換熱器建立等比例物理模型，研究了同軸套管型地埋管換熱器埋深對單位長度換熱量的影響。結(jié)論表明，單位長度換熱量隨著埋深的增大而增大。Choi等人[44]采用支管式地埋管換熱器來代替常規(guī)U型地埋管換熱器以提高地埋管換熱器的換熱性能，對比分析了不同數(shù)量支管的支管式地埋管熱交換器與單U型地埋管熱交換器的溫度分布、換熱量和壓降情況。結(jié)果發(fā)現(xiàn)支管型地埋管熱交換器的傳熱性能優(yōu)于U型地埋管熱交換器，且支管數(shù)量越多，傳熱性能越好。ADDINEN.REFLISTJamshidi和Mosaffa[45]二人采用數(shù)值模擬的方法對螺旋地埋管換熱器進(jìn)行研究。分別考慮了螺旋直徑、螺旋節(jié)距以及螺旋角等參數(shù)的影響，且在螺旋管的基礎(chǔ)上設(shè)計了翅片結(jié)構(gòu)進(jìn)一步增強(qiáng)螺旋地埋管換熱器的換熱性能。通過計算得出當(dāng)螺旋直徑為1m，螺旋節(jié)距為60mm，螺旋角為0°時，螺旋地埋管換熱器的換熱性能最佳。Serageldin等人[46]提出了一種新型的橢圓截面U型地埋管換熱器。研究表明橢圓形狀強(qiáng)化了傳熱過程，所能達(dá)到的最低熱阻為0.125(m·K)/W，與圓形形狀相比熱阻降低了18.47%，壓降比圓形管小32%。ADDINEN.REFLISTWang等人[47]提出了一種利用超長柔性熱管從地面提取熱量的復(fù)合式地源熱泵系統(tǒng)，為進(jìn)一步評價其性能進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。結(jié)果指出為保證較高的換熱效率，鉆孔深度不應(yīng)小于70m。ADDINEN.REFLISTDehghan等人[48]從實驗和模擬兩方面研究了垂直螺旋地埋管換熱器的傳熱性能。研究結(jié)果表明，螺旋地埋管換熱器的螺距長度和螺旋直徑的最優(yōu)值分別為0.1m和0.45m。Kong等人[49]研究了不同結(jié)構(gòu)（光滑管和瓣形管）對U型地埋管換熱器傳熱性能的影響。發(fā)現(xiàn)光滑管在不同進(jìn)口速度下的熱工性能均優(yōu)于瓣形管。Li等人[50]提出了一種降低垂直U型地埋管換熱器熱干擾的新方案：在U形管出水管上加裝保溫材料。模擬結(jié)果表明：管道加裝保溫后，U型地埋管換熱器的平均出口溫度、上支管附近土壤溫度和土壤溫度恢復(fù)率均有所提高，有效地減弱了熱干擾。ADDINEN.REFLISTSáez等人[51]從傳熱效率的角度分析了單、雙U型地埋管換熱器和螺旋管之間的差異。他們發(fā)現(xiàn)在達(dá)到同等傳熱效果的前提下，使用螺旋管所需鉆孔深度最小，這將大大節(jié)省鉆井過程中的經(jīng)濟(jì)成本。ADDINEN.REFLISTSivasakthivel等人[52]通過實驗研究了單、雙U型地埋管換熱器的傳熱性能。實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)單U形管在加熱和冷卻模式下的平均效率分別為0.34和0.40，雙U形管的平均效率分別為0.46和0.57。ADDINEN.REFLISTZhao等人[53]研究了螺旋節(jié)距對螺旋地埋管換熱器傳熱特性的影響。他們指出隨著螺旋節(jié)距的減小，流體出口溫度和熱阻均減小，但螺旋地埋管換熱器的總換熱量基本相同。ADDINEN.REFLISTMehrizi等人[54]對U型地埋管換熱器、W型地埋管換熱器和由W型構(gòu)成的環(huán)式地埋管換熱器進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。數(shù)值計算結(jié)果表明，W型地埋管換熱器的傳熱效率最高。此外，他們發(fā)現(xiàn)與并行連接方式相比，地埋管換熱器串聯(lián)連接具有更好的傳熱性能。Jalaluddin和Miyara[55]利用數(shù)值模擬的方法對不同螺距的螺旋地埋管換熱器的延米井深換熱量及壓降進(jìn)行了研究。通過分析得出在鉆孔中使用螺旋管會增加單位長度的熱交換率，同時壓降也隨之增加。在湍流條件下，每米井深換熱率提高1.5倍，其壓降增加了6倍。吳金星等人[56]建立了單、雙U型地埋管換熱器的三維幾何模型來分析地埋管換熱器的換熱過程。發(fā)現(xiàn)雙U型地埋管換熱器的延米換熱量比單U管增加了30%。劉婧等人[57]通過對單U型地埋管換熱器和同軸套管型地埋管換熱器的取熱工況進(jìn)行實驗研究。實驗結(jié)果表明同軸套管型地埋管換熱器的換熱性能和經(jīng)濟(jì)性更加優(yōu)異。陳萌和官燕玲[58]用U型波紋地埋管換熱器代替?zhèn)鹘y(tǒng)光滑管來增強(qiáng)地埋管換熱器的傳熱性能。結(jié)果表明，U型波紋地埋管換熱器的換熱量比傳統(tǒng)光滑管提高了6%左右。Zeng等人[59]建立了一種垂直地埋管換熱器的準(zhǔn)三維模型來研究U形管管腿間的熱短路問題。計算結(jié)果指出雙U型地埋管換熱器比單U型地埋管換熱器熱阻降低了30-90%。在改變地埋管換熱器結(jié)構(gòu)的同時，管徑、管腿間距、鉆孔直徑以及埋深等涉及地埋管尺寸的因素同樣對地埋管換熱器的傳熱性能有著重要的作用。ADDINEN.REFLISTZhang等人[60]通過數(shù)值計算研究了地埋管換熱器管群在不同埋管深度下的年運行性能。他們發(fā)現(xiàn)埋深越深換熱效果越好，與埋深為60m的情況相比，埋深為65m、70m、75m和80m時，平均性能系數(shù)（COP）分別增加了4.1%、6.3%、7.7%和8.2%。Zhou等人[61]研究了管道尺寸、鉆孔直徑、管腿間距以及土壤熱物性等參數(shù)對鉆孔熱阻的影響，以減少地埋管換熱器的埋深和初始成本。他們采用Taguchi法得到了參數(shù)組合的最優(yōu)方案，使得優(yōu)化后地埋管換熱器的熱阻降低了148.29%，并發(fā)現(xiàn)管腿間距對鉆孔熱阻的影響最大。Lyu等人[62]采用三維穩(wěn)態(tài)模型對單U形地埋管換熱器在U形管內(nèi)的整個流場進(jìn)行了綜合分析。研究了U形管長度、質(zhì)量流量以及工作流體等因素對換熱器性能的影響。研究結(jié)果表明U形管長度對換熱率的影響最大。危日光等人[63]通過建立雙U型地埋管換熱器的二維物理模型，研究了管間距、管外徑以及鉆孔半徑對雙U型地埋管換熱器熱阻理論公式計算精度的影響。他們指出隨著管外徑的增大，雙U型地埋管換熱器熱阻的理論值與模擬值之間的相對誤差會增大。張君美[64]通過建立單、雙U型地埋管換熱器的物理模型，對地埋管換熱器的合理鉆孔深度進(jìn)行了分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，對于內(nèi)徑為26mm的單U型地埋管換熱器的鉆孔深度應(yīng)取到70-120m；對于內(nèi)徑為20mm和26mm的雙U型地埋管換熱器來說，鉆孔深度應(yīng)取到80-100m以及70-110m。Chen等人[65]在考慮不同深度土壤初始溫度和熱物理性質(zhì)的條件下，建立了垂直U型地埋管熱交換器的物理模型。模擬結(jié)果表明，對于埋深為100m的地埋管換熱器，前70m的傳熱能力高于后30m的傳熱能力；在長度為60-100m的5個案例中，埋深為70m的地埋管換熱器單位長度換熱率最高。Pu等人[66]用數(shù)值模擬的方法研究了管徑、雷諾數(shù)和連接形式對垂直U型地埋管傳熱性能的影響。發(fā)現(xiàn)地埋管的傳熱性能隨著雷諾數(shù)和管徑的增大而增強(qiáng)，并聯(lián)的連接形式能保證地埋管換熱器具有更高的熱流量和更低的壓降。Casasso和Sethi[67]為了評估不同參數(shù)對地源熱泵運行的影響，對地源熱泵系統(tǒng)進(jìn)行了流動和傳熱模擬。他們通過分析得出地埋管的長度是影響其換熱特性的主要因素。Li等人[68]基于TRNSYS軟件對四種標(biāo)準(zhǔn)外徑的U型地埋管熱交換器的熱工性能進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，在相同埋深和鉆孔直徑的條件下，為滿足載荷需求，U形管外徑為25mm時，所需要的地埋管數(shù)量最少；而采用32mm外徑的U形管時，所需地埋管數(shù)量最多。王瑾等人[69]建立了U型地埋管換熱器的物理模型，利用ANSYSFluent軟件對地埋管熱交換器管腿間的熱干擾狀況進(jìn)行了數(shù)值模擬。分析發(fā)現(xiàn)在U型地埋管換熱器管腿間距達(dá)到5m時，熱干擾的影響可以忽略不計。Khalajzadeh等人[70]采用數(shù)值模擬的方法研究了不同設(shè)計參數(shù)對U型地埋管換熱器相關(guān)響應(yīng)變量的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)無量綱入口流體溫度和無量綱管徑對響應(yīng)變量影響顯著，而無量綱深度對響應(yīng)變量影響較小。在涉及到管群時，地埋管換熱器管群的空間布置對地埋管換熱器性能有著顯著的影響。Zhang等人[71]通過數(shù)值模擬的方法研究了管群布置方式對地埋管換熱器管群性能的影響。結(jié)果表明，與交錯排列和方形排列相比，線性排列的COP在制冷模式下分別提高了14.82%和12.10%，在采暖模式下分別提高了20.62%和16.98%。當(dāng)然，對于地埋管換熱器性能的研究在近幾年大量涌現(xiàn)，諸如對地源熱泵系統(tǒng)運行模式以及地埋管進(jìn)口流速等獨立于材料和結(jié)構(gòu)兩個方面之外的研究，本文將其歸結(jié)為其他類。Xu等人[72]對水平地埋管換熱器進(jìn)行了沙盒實驗，探討了運停比、含水率和管道埋深對土壤溫度分布和修復(fù)性的影響。結(jié)果顯示運停比為6:18的地埋管換熱器的傳熱性能比運停比為14:10的傳熱性能高33%。張爽等人[73]建立了并聯(lián)雙U型地埋管換熱器的三維模型。研究了不同進(jìn)口速度以及不同運停比對地埋管換熱器的傳熱影響。他們指出提高循環(huán)流體進(jìn)口速度可以增強(qiáng)換熱，但并不利于設(shè)備的長期運行。而提高埋深和運停比可以在有利于長期運行前提下提高地埋管換熱器的換熱量。Li等人[74]建立了三維數(shù)值模擬模型，分析了TRT實驗的等效性。結(jié)果說明地源熱泵在實際工況和等效工況下的短期換熱性能基本相同，但其長期換熱性能相差較大。Wang等人[75]提出了一種新型單U管換熱的數(shù)學(xué)模型。該模型主要包括兩部分：首先將單U形管簡化為等效管，建立一維數(shù)值模型來計算平均流體溫度和井壁溫度；然后基于準(zhǔn)三維模型，考慮流體溫度的非線性分布，推導(dǎo)出U形管的進(jìn)、出口流體溫度關(guān)于平均流體溫度和井壁溫度的函數(shù)。王碩等人[76]通過對埋深為2605m的同軸套管型地埋管建立數(shù)值計算模型，研究了運行時間對同軸套管型地埋管熱交換器熱工性能的影響。他們發(fā)現(xiàn)同軸套管型地埋管換熱器的換熱能力隨著運行時間的增加而減小?？讖埖热薣77]通過使用雙重連續(xù)介質(zhì)數(shù)值模擬法計算了不同采熱工況下同軸套管型地埋管換熱器的熱工性能的變化情況。研究結(jié)果顯示在間斷采熱的工況下，單位長度換熱量增長了一倍，但是總換熱量保持不變。Pu等人[78]使用多目標(biāo)遺傳算法（MOGA）結(jié)合Kriging響應(yīng)面法對地源熱泵地埋管換熱器進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化。分析了進(jìn)口流速、進(jìn)口溫度、管道直徑、鉆孔直徑和管道間距等設(shè)計參數(shù)對綜合評價因子的影響。結(jié)果表明，MOGA優(yōu)化法使得地埋管換熱器系統(tǒng)的平均能耗降低了215.86kJ/h，Kriging響應(yīng)面法使得地埋管換熱器系統(tǒng)的平均能耗降低了133.64kJ/h。Sandler等人[79]采用穩(wěn)態(tài)數(shù)值模型來評估熱分流效應(yīng)對U型地埋管換熱器整體性能的影響。通過分析得出減小管間距離或增大管徑會加劇熱分流效應(yīng)，同時也證明了減小管腿間熱干擾的必要性。ADDINEN.REFLISTWang等人[80]通過TRT實驗和數(shù)值模擬的方法對深層地源熱泵供熱系統(tǒng)的傳熱特性進(jìn)行了研究。TRT實驗結(jié)果表明單井的平均換熱能力為286.4kW；數(shù)值計算結(jié)果表明地源熱泵供熱系統(tǒng)在地埋管進(jìn)口流速處于0.3-0.7m/s時表現(xiàn)出更好的換熱性能。Dai等人[81]建立了垂直U型地埋管換熱器的物理模型，用于模擬短期蓄熱條件下鉆孔內(nèi)外的瞬態(tài)傳熱過程。計算結(jié)果表明：中心剖面縱向上的土壤溫度場呈窄帶狀分布；儲熱時間越長，井壁與周圍土體的溫差越大，U型管內(nèi)流體與井壁的溫差越小。李志毅等人[82]通過建立U型地埋管換熱器三維物理模型，分析了土壤熱物性參數(shù)、進(jìn)口溫度、進(jìn)口速度以及回填材料熱物性參數(shù)對U型地埋管換熱器換熱效率的影響。他們指出最佳供水溫度為5°C，最佳進(jìn)口速度為0.8m/s。Bouhacina等人[83]對垂直U型地埋管換熱器的熱工性能和管內(nèi)流體的流動情況進(jìn)行了模擬分析。結(jié)果表明，直徑為32mm的U型地埋管換熱器中的流體速度保持在0.3-0.4m/s之間時傳熱性能最佳。楊衛(wèi)國和王京[84]對埋深為120m的U型地埋管換熱器的熱短路現(xiàn)象進(jìn)行實驗研究。實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)U型地埋管換熱器的流體流速以及換熱量都對熱短路有影響。參考文獻(xiàn)WangY,LiuY,DouJ,etal.GeothermalenergyinChina:status,challenges,andpolicyrecommendations[J].UtilitiesPolicy,2020,64:101020.王貴玲,劉彥廣,朱喜,等.中國地?zé)豳Y源現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].地學(xué)前緣,2020,27(1):1-9.李超,官燕玲,高海仁,等.納米流體對U型深埋管換熱特性影響的研究[J].太陽能學(xué)報,2021,42(1):392-399.HuZ,XuT,FengB,etal.Thermalandfluidprocessesinaclosed-loopgeothermalsystemusingCO2asaworkingfluid[J].RenewableEnergy,2020,154:351-367.SunX,WangZ,LiaoY,etal.GeothermalenergyproductionutilizingaU-shapedwellincombinationwithsupercriticalCO2circulation[J].AppliedThermalEngineering,2019,151:523-535.DiglioG,RoselliC,SassoM,etal.Boreholeheatexchangerwithnanofluidsasheatcarrier[J].Geothermics,2018,72:112-123.DaneshipourM,RafeeR.Nanofluidsasthecircuitfluidsofthegeothermalboreholeheatexchangers[J].InternationalCommunicationsinHeatandMassTransfer,2017,81:34-41.SuiD,LangakerVH,YuZ.Investigationofthermophysicalpropertiesofnanofluidsforapplicationingeothermalenergy[J].EnergyProcedia,2017,105:5055-5060.NareiH,GhasempourR,NoorollahiY.Theeffectofemployingnanofluidonreducingtheborelengthofaverticalground-sourceheatpump[J].EnergyConversionandManagement,2016,123:581-591.BadenesB,SannerB,MateoPlaMá,etal.Developmentofadvancedmaterialsguidedbynumericalsimulationstoimproveperformanceandcost-efficiencyofboreholeheatexchangers(BHEs)[J].Energy,2020,201:117628.CaoSJ,KongXR,DengY,etal.Investigationonthermalperformanceofsteelheatexchangerforgroundsourceheatpumpsystemsusingfull-scaleexperimentsandnumericalsimulations[J].AppliedThermalEngineering,2017,115:91-98.BassiounyR,AliMRO,HassanMK.AnideatoenhancethethermalperformanceofHDPEpipesusedforground-sourceapplications[J].AppliedThermalEngineering,2016,109:15-21.LuoY,YanT,YuJ.IntegratedanalyticalmodelingoftransientheattransferinsideandoutsideU-tubegroundheatexchanger:anewanglefromcomposite-mediummethod[J].InternationalJournalofHeatandMassTransfer,2020,162:120373.ZhangX,ZhaoM,LiuL,etal.Numericalsimulationonheatstorageperformanceofbackfillbodybasedontube-in-tubeheatexchanger[J].ConstructionandBuildingMaterials,2020,265:120340.YangW,XuR,YangB,etal.ExperimentalandnumericalinvestigationsonthethermalperformanceofaboreholegroundheatexchangerwithPCMbackfill[J].Energy,2019,174:216-235.ZhangM,LiuX,BiswasK,etal.Athree-dimensionalnumericalinvestigationofanovelshallowboregroundheatexchangerintegratedwithphasechangematerial[J].AppliedThermalEngineering,2019,162:114297.ChenF,MaoJ,ChenS,etal.EfficiencyanalysisofutilizingphasechangematerialsasgroutforaverticalU-tubeheatexchangercoupledgroundsourceheatpumpsystem[J].AppliedTher