復(fù)合式熱泵供熱系統(tǒng)的耦合特性研究.pdf

1、在寒冷地區(qū)，建筑物的冬季供熱能耗較大，土壤溫度較低，單獨(dú)采用土壤源熱泵供熱時(shí)的效率偏低。因地制宜地采用復(fù)合式熱泵供熱系統(tǒng)，可以提高系統(tǒng)的熱效率，從而得到更好的節(jié)能效果。目前，國內(nèi)對復(fù)合式熱泵系統(tǒng)的研究主要以模擬研究或搭建小型實(shí)驗(yàn)臺實(shí)驗(yàn)研究為主，缺乏實(shí)際工程的驗(yàn)證，往往與實(shí)際工程得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)差別很大。
　　本文針對寒冷地區(qū)的氣候特點(diǎn)、地質(zhì)條件及負(fù)荷變化規(guī)律，對復(fù)合式地源熱泵供熱系統(tǒng)的耦合特性進(jìn)行研究，并利用實(shí)際工程實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證模型和模

2、擬結(jié)果的正確性。研究的主要內(nèi)容和結(jié)果如下：
　　埋地?fù)Q熱器的性能是影響熱泵性能的關(guān)鍵因素，本文首先在變熱流條件下建立埋地?fù)Q熱器的傳熱模型，使其更加接近實(shí)際運(yùn)行工況，為簡化運(yùn)算過程和節(jié)省運(yùn)算時(shí)間，采用邊界元法對埋地?fù)Q熱器進(jìn)行熱阻分析，然后自行編制埋地?fù)Q熱器模擬軟件進(jìn)行垂直U型管埋地?fù)Q熱器的性能模擬，并通過自行研制的熱響應(yīng)實(shí)驗(yàn)臺驗(yàn)證了模擬結(jié)果的正確性。研究結(jié)果表明：為減少埋地?fù)Q熱器之間的相互換熱影響，鉆孔間距不能低于4m；較高的土壤初

3、始溫度和導(dǎo)熱系數(shù)、較大的埋管材料導(dǎo)熱系數(shù)以及較大的孔內(nèi)回填材料導(dǎo)熱系數(shù)等因素，均有利于埋地?fù)Q熱器換熱；增大鉆孔間距和孔內(nèi)支管之間的距離，可以減少對各埋地?fù)Q熱器之間和孔內(nèi)兩支管之間換熱效果的影響；雙U型管單位孔深換熱量高于單U型管，但在土壤溫度不高于10℃的地區(qū)優(yōu)勢并不明顯，所以在寒冷地區(qū)埋地?fù)Q熱器最好采用單U型管的形式。
　　建立了土壤源熱泵系統(tǒng)各部分的數(shù)學(xué)模型，編制模擬程序進(jìn)行系統(tǒng)性能的動態(tài)模擬研究，并通過在寒冷地區(qū)建造的土壤源

4、熱泵實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。研究結(jié)果顯示，為提高系統(tǒng)效率，應(yīng)適當(dāng)增加鉆孔數(shù)量和降低房間供水溫度，系統(tǒng)宜采用間歇運(yùn)行的模式，同時(shí)兩側(cè)的循環(huán)泵采用變頻調(diào)節(jié)。
　　建立了太陽能土壤源復(fù)合式熱泵系統(tǒng)各部分的數(shù)學(xué)模型，編制模擬程序進(jìn)行系統(tǒng)性能的動態(tài)模擬研究，利用在寒冷地區(qū)建造的太陽能土壤源復(fù)合式熱泵實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。研究結(jié)果顯示，采用太陽能集熱系統(tǒng)后，可適當(dāng)減少鉆孔數(shù)量；在滿足供熱需求的情況下降低房間供水溫度，可以提高系統(tǒng)的熱效率；系統(tǒng)

5、宜采用間歇運(yùn)行的模式，更有利于提高機(jī)組的制熱性能系數(shù)（Coefficient of Performance，簡稱COP）；在太陽能集熱器參與運(yùn)行的時(shí)間段，土壤溫度和系統(tǒng)效率等各項(xiàng)性能顯著提高。
　　通過自行搭建的多工況熱泵實(shí)驗(yàn)臺，對地鐵廢熱土壤源復(fù)合式熱泵系統(tǒng)的性能和控制模式進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。研究結(jié)果表明：當(dāng)?shù)罔F排熱量能夠滿足建筑的供暖需求時(shí)，單獨(dú)運(yùn)行空氣源熱泵進(jìn)行供暖，熱泵的平均COP值為4.9；當(dāng)?shù)罔F沒有廢熱可供利用時(shí)，單獨(dú)運(yùn)行

6、土壤源熱泵對建筑進(jìn)行供暖，此時(shí)熱泵的平均COP值為3.8。
　　對應(yīng)用于油田中轉(zhuǎn)站原油集輸加熱的水源熱泵系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，同時(shí)建立熱泵機(jī)組的數(shù)學(xué)模型對其性能進(jìn)行模擬研究，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較。研究結(jié)果表明：系統(tǒng)在冬季運(yùn)行時(shí)，各項(xiàng)性能指標(biāo)與設(shè)計(jì)工況較吻合；機(jī)組在夏季運(yùn)行時(shí)，宜采用變工況運(yùn)行的模式，如果循環(huán)泵采用變頻控制，節(jié)能效果更加明顯。
　　以經(jīng)濟(jì)評價(jià)方法為依據(jù)，在燃料價(jià)格變化的情況下，通過與其它幾種供熱方式進(jìn)行對比，分析了