[發(fā)明專利]地源熱泵地埋管可靠性設(shè)計方法及裝置

在審

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• 申請日: 2014-10-11
• 公開（公告）號: CN104317991A
• 公開（公告）日: 2015-01-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王小年;管昌生;劉鴻;常明
• 申請（專利權(quán)）人: 中建三局第三建設(shè)工程有限責(zé)任公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京匯澤知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11228
• 代理人: 張瑾

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于地源熱泵技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種地源熱泵地埋管可靠性設(shè)計方法及裝置。

背景技術(shù)

地源熱泵地埋管的設(shè)計是地源熱泵的關(guān)鍵技術(shù)，由于地下巖土性質(zhì)的復(fù)雜性，使得地埋管設(shè)計無法滿足工程需要。地源熱泵地埋管與巖土耦合，呈現(xiàn)出結(jié)構(gòu)復(fù)雜與隨機(jī)特性，在地下傳熱過程中表現(xiàn)出顯著的不確定性。當(dāng)考慮材料多孔性和復(fù)雜工況條件時，巖土介質(zhì)熱物性參數(shù)固有的隨機(jī)屬性不可忽略。由于地源熱泵地埋管地埋管工作環(huán)境極其復(fù)雜，現(xiàn)有地埋管傳熱設(shè)計方法過于簡單，致使地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能效果出現(xiàn)較大偏差，阻礙了地源熱泵技術(shù)推廣應(yīng)用。很明顯，在影響地源熱泵地埋管的諸多因素中，巖土導(dǎo)熱系數(shù)、隨季節(jié)變化地源熱(冷)采用量、地下導(dǎo)熱及埋管流體熱交換都具有隨機(jī)性。因此，現(xiàn)有的設(shè)計方法可能使得地源熱泵換熱系統(tǒng)功能失效或投資偏大。

巖土介質(zhì)熱物性、密度、溫濕度，埋管材料性質(zhì)、管徑、管中流體物性、流速等諸多因素對傳熱的影響，在研究時通常使用簡化模型。國際上，至今還沒有一致公認(rèn)的地埋管地埋管設(shè)計方法。地埋管傳熱模型是該項技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)，但是實用傳熱模型的研究卻一直是地源熱泵空調(diào)技術(shù)的難點。

20世紀(jì)40年代，歐美各國開始注重地源熱泵技術(shù)的應(yīng)用，對地埋管與巖土的傳熱模式進(jìn)行了系統(tǒng)研究。代表性的有1948年Ingersoll和Plass根據(jù)Kelvin線源概念，提出了地埋管傳熱的線熱源理論，目前大多數(shù)地源熱泵地埋管的設(shè)計皆以該理論為基礎(chǔ)。國內(nèi)對地源熱泵的應(yīng)用研究、尤其是理論探索起步較晚，20世紀(jì)末至今，國內(nèi)的學(xué)者和工程技術(shù)人員對地源熱泵地埋管的傳熱機(jī)理、理論分析、及工程實踐進(jìn)行了初步研究工作，取得了一定的成績。包括機(jī)理分析、傳熱模型分析理論、計算模擬方法、設(shè)計方法等。然而，上述方法基本上都是確定性理論與計算方法，無法準(zhǔn)確解釋具有隨機(jī)因素的地下傳熱問題。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種地源熱泵地埋管可靠性設(shè)計方法及裝置，旨在提供一種地源熱泵地埋管設(shè)計方案。

一方面，所述地源熱泵地埋管可靠性設(shè)計方法包括下述步驟：

確定地源熱泵地埋管系統(tǒng)的隨機(jī)參數(shù)特性；

確定隨機(jī)參數(shù)的概率分布；

建立地源熱泵地埋管系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)；

建立功能狀態(tài)模型；

根據(jù)所述功能狀態(tài)模型計算地源熱泵地埋管系統(tǒng)的可靠度。

另一方面，所述地源熱泵地埋管可靠性設(shè)計裝置包括：

參數(shù)確定單元，用于確定地源熱泵地埋管系統(tǒng)的隨機(jī)參數(shù)特性；

概率分布確定單元，用于確定隨機(jī)參數(shù)的概率分布；

可靠性建立單元，用于建立地源熱泵地埋管系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)；

模型建立單元，用于建立功能狀態(tài)模型；

可靠度計算單元，用于根據(jù)所述功能狀態(tài)模型計算地源熱泵地埋管系統(tǒng)的可靠度。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明充分考慮巖土結(jié)構(gòu)就物理性質(zhì)的隨機(jī)性、地質(zhì)環(huán)境與流體介質(zhì)傳熱、應(yīng)用隨機(jī)分析方法，考慮含有隨機(jī)參量的地源熱地埋管隨機(jī)傳熱模型，據(jù)此，獲得地源熱泵熱能儲量及可持續(xù)利用量隨機(jī)分布狀態(tài)，作為可靠性設(shè)計指標(biāo)，建立可靠性設(shè)計理論體系。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例提供的地源熱泵地埋管可靠性設(shè)計方法的流程圖；

圖2是本發(fā)明實施例提供的地源熱泵地埋管可靠性設(shè)計裝置的結(jié)構(gòu)方框圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明首先定義地埋管傳熱系統(tǒng)可靠性，依據(jù)建筑物的構(gòu)造、建筑設(shè)計、結(jié)構(gòu)選型等因素，建立耗能量隨機(jī)模型及分布規(guī)律，在可靠性指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)約束條件下，依據(jù)耗能量指標(biāo)，地埋管與巖土的隨機(jī)傳熱性能，考慮地埋管尺寸、回填料、環(huán)境條件，對地埋管地埋管進(jìn)行設(shè)計計算。

地埋管傳熱系統(tǒng)可靠性定義是：在規(guī)定時間和條件下，滿足預(yù)定功能之能力。“規(guī)定時間”是系統(tǒng)設(shè)計壽命時間。“規(guī)定條件”是正常設(shè)計、施工、使用條件。系統(tǒng)耗能通常用系統(tǒng)各種性能指標(biāo)來表示。系統(tǒng)實現(xiàn)了規(guī)定的性能指標(biāo)就是“完成”了系統(tǒng)的功能要求，否則系統(tǒng)喪失了功能。從定義中可以看出，地埋管傳熱系統(tǒng)可靠性設(shè)計將充分考慮隨機(jī)因素。