地埋管地源熱泵地埋管換熱器最佳出口溫度的確定_secret

1、地埋管地源熱泵地埋管換熱器最佳出口溫度的確定地埋管地源熱泵地埋管換熱器最佳出口溫度的確定摘要摘要為研究土壤源熱泵地下?lián)Q熱器最佳設(shè)計(jì)出口溫度的變化范圍，本文建立了地下?lián)Q熱器的傳熱模型，用自編程序分析了出口溫度對(duì)埋管長度的影響；根據(jù)壓縮機(jī)的部分負(fù)荷性能得出了系統(tǒng)耗功量與出口溫度的關(guān)系；使用費(fèi)用年值法將土壤源熱泵與其他冷熱源空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)性比較。結(jié)果表明，上海地區(qū)使用土壤源熱泵系統(tǒng)比其他冷熱源系統(tǒng)更具有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)；地下?lián)Q熱器的最佳出口溫度夏

2、季為30～35℃，冬季為6～10℃。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞土壤源熱泵；地下?lián)Q熱器；埋管長度；運(yùn)行成本；經(jīng)濟(jì)性1前言土壤源熱泵系統(tǒng)是利用土壤的蓄冷（熱）性能，通過中間介質(zhì)在封閉的地下?lián)Q熱器中循環(huán)流動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)與土壤的熱交換。冬季通過熱泵將大地中的熱量取出對(duì)建筑物供暖，同時(shí)貯存冷量，以備夏用；夏季通過熱泵將建筑物的熱量釋放到地下，對(duì)建筑物進(jìn)行降溫，同時(shí)貯存熱量，以備冬用。由于其技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)，推廣土壤源熱泵具有明顯的節(jié)能和環(huán)保效益。根據(jù)文獻(xiàn)[1]，對(duì)于

3、土壤源熱泵豎直地下埋管換熱器，夏季的設(shè)計(jì)出口溫度一般為土壤溫度加上11～14℃，冬季的設(shè)計(jì)出口溫度為土壤溫度減去8～11℃。而山東建工學(xué)院報(bào)告廳地源熱泵系統(tǒng)的測(cè)試表明[2]，在達(dá)到準(zhǔn)穩(wěn)定工況時(shí)，夏季地下?lián)Q熱器的出口設(shè)計(jì)溫度為土壤溫度加上20～25℃，冬季的設(shè)計(jì)出口溫度為土壤溫度減去10～15℃。由以上可知，兩者給出的夏季和冬季設(shè)計(jì)出口溫度均相差較大，而且都沒有從土壤源熱泵系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的角度加以考慮。實(shí)際上，地下?lián)Q熱器設(shè)計(jì)出口溫度的高低對(duì)埋

4、管長度以及熱泵機(jī)組的運(yùn)行效率都有較大的影響。夏季，隨著地下?lián)Q熱器的設(shè)計(jì)出口溫度的升高，所需要的地下埋管長度變少，系統(tǒng)的初投資降低，而熱泵機(jī)組的運(yùn)行效率降低，運(yùn)行成本就升高；冬季正好相反。這就存在一個(gè)最佳出口溫度問題。如何確定地下?lián)Q熱器的最佳設(shè)計(jì)出口溫度，使之在滿足設(shè)計(jì)條件下土壤源熱泵系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)成本最低，這將是本文討論的重點(diǎn)。2數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型地下?lián)Q熱器的設(shè)計(jì)是土壤源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最重要部分。在目前的工程設(shè)計(jì)中，地下埋管長度主要是根據(jù)建筑

5、物的峰值冷負(fù)荷或熱負(fù)荷確定出換熱器的放熱量或吸熱量，然后確定地下?lián)Q熱器的布置方式，再根據(jù)手冊(cè)中給定的單位管長或單位埋管深度的放熱量即可求出所需的地下埋管長度。這種方法簡單，但是沒有考慮當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件，巖土根據(jù)能量守恒方程，聯(lián)立式（1）～（3），用MATLAB編程即可以求出單位管長每一天的換熱量以及供冷（熱）季節(jié)的平均換熱量。3地下?lián)Q熱器出口溫度對(duì)埋管長度的影響地下?lián)Q熱器出口溫度對(duì)埋管長度的影響地下?lián)Q熱器中循環(huán)液出口溫度對(duì)垂直U型管的單位

6、管長換熱量有很大的影響。在夏季，循環(huán)液出口溫度越高，單位管長換熱量越大，所需要的埋管總長度則越短，而冬季正好相反。地源熱泵的技術(shù)規(guī)程指出，土壤源熱泵系統(tǒng)地下?lián)Q熱器中循環(huán)液的設(shè)計(jì)平均溫度夏季通?？蛇x為37℃，冬季為2～5℃。一般考慮冬夏季進(jìn)出口之間的換熱溫差為5℃左右，因此夏季出口溫度一般可選為35℃，冬季為0～8℃。以上海地區(qū)為例，土壤的熱導(dǎo)率λ=1.6W(mk)，土壤的導(dǎo)溫系數(shù)=9.1107m2sa?，深層土壤溫度t0=15.8℃。根

7、據(jù)所編程序得出單位管長換熱量與地下?lián)Q熱器出口溫度、運(yùn)行時(shí)間、土壤熱物性、埋管間距等各種變化參數(shù)的關(guān)系。圖1、圖2分別為夏季、冬季不同出口溫度下單位管長換熱量與運(yùn)行時(shí)間的變化關(guān)系；圖3、圖4分別表示夏季與冬季不同的地下?lián)Q熱器設(shè)計(jì)出口溫度相對(duì)于出口溫度為26℃和10℃時(shí)的埋管長度百分比。由圖1和圖2可知，單位管長換熱量隨運(yùn)行時(shí)間的增加而逐漸減少，在運(yùn)行前5天內(nèi)減小的幅度較大，這是由于運(yùn)行時(shí)間較短，U型管與土壤之間的非穩(wěn)態(tài)傳熱引起的，隨著時(shí)間

8、的增加，傳熱過程逐漸趨于穩(wěn)態(tài)，單位管長換熱量也逐漸趨于穩(wěn)定值。圖3和圖4可知，夏季地下?lián)Q熱器設(shè)計(jì)出口溫度增加，所需要的埋管長度減少，并且埋管長度的變化幅度隨著出口溫度的增加而減小，而冬季正好相反。4地下?lián)Q熱器出口溫度對(duì)系統(tǒng)耗功量的影響地下?lián)Q熱器出口溫度對(duì)系統(tǒng)耗功量的影響以上海地區(qū)10000m2辦公建筑為例，用改良溫頻法（BIN）算出建筑物全年的能耗，采用的土壤源熱泵系統(tǒng)為變流量系統(tǒng)。當(dāng)設(shè)計(jì)的出口溫度確定后，壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)工況就可以確定，然