嚴寒地區(qū)地源熱泵系統(tǒng)運行后評估及優(yōu)化模擬分析.pdf

1、國內工業(yè)化程度不斷增速，國民經濟持續(xù)增長，人們對供暖需求及室內舒適性要求越發(fā)強烈。近幾年由于燃煤供暖面積的增加，導致空氣質量變差。尤其是在嚴寒地區(qū)冬季供暖時間長，燃煤量大，急需新能源代替?zhèn)鹘y(tǒng)燃煤鍋爐供暖方式，在此大環(huán)境下近幾年地源熱泵技術在實際工程中得到了大面積的推廣應用。而地源熱泵空調系統(tǒng)在市場剛剛起步的幾年中，由于市場的不規(guī)范使得系統(tǒng)在設計、施工、運行中存在的潛在問題也逐漸暴露出來，特別是在嚴寒地區(qū)的地源熱泵系統(tǒng)運行問題最為突出。<

2、br>　　單一的地源熱泵系統(tǒng)在我國嚴寒地區(qū)的應用普遍存在全年地下冷熱不平衡等問題。而地下冷熱不平衡將導致系統(tǒng)出現(xiàn)一系列的問題。因此有必要對嚴寒地區(qū)的在運行的地源熱泵系統(tǒng)提出相應的系統(tǒng)診斷評價方法及找到目前系統(tǒng)普遍存在的問題，并根據診斷問題提出嚴寒地區(qū)現(xiàn)有地源熱泵系統(tǒng)的節(jié)能改造方向?；诖吮疚囊陨轿魇”辈吭谶\行的一個貨運火車站地源熱泵系統(tǒng)工程為調研對象，首先通過現(xiàn)場勘察結果進行初步評估，對地源熱泵機房進行數(shù)據采集系統(tǒng)設計，建立一套完整的數(shù)

3、據采集系統(tǒng)。通過監(jiān)測系統(tǒng)運行一個采暖季和空調季的數(shù)據對系統(tǒng)進行性能分析及地下熱平衡狀態(tài)的計算與分析，最后根據測試結果對系統(tǒng)進行后評估研究。本文采用了現(xiàn)場診斷，實時運行數(shù)據監(jiān)測，以及后期的數(shù)據分析，模擬優(yōu)化等一系列的診斷技術，根據診斷結果，發(fā)現(xiàn)該地源熱泵系統(tǒng)存在如下幾點問題:
　　(1)地埋管側全年地下冷熱不平衡問題嚴重;由于地源熱泵系統(tǒng)使用受氣候地域影響較大，車站處于嚴寒地區(qū)，冬季供暖時間明顯長于夏季供冷時間，導致系統(tǒng)從地下取熱遠

4、大于向地下放熱，全年累計取熱量為放熱量的3倍之多;
　　(2)地埋管數(shù)量冬、夏季不匹配的問題，夏季富裕，冬季不足。同時為了保證冬季的回水溫度不能過低，采用了大流量循環(huán)水泵，導致冬夏季大流量小溫差;
　　(3)運行管理不科學合理以及缺乏必要的自控及監(jiān)測設備，如地埋管側水泵與機組未實現(xiàn)聯(lián)動，在制冷主機達到制冷要求停機時地埋管側循環(huán)水泵始終處于高能耗運轉狀態(tài)。
　　通過測試分析結果可知，整個地源熱泵系統(tǒng)運行效率低。夏季系統(tǒng)制

5、冷COP為1.8，冬季低至1.4，冬季供暖每平米耗熱量指標達到0.33GJ，遠遠超過當?shù)毓?jié)能標準規(guī)定的每平米0.24GJ的指標。
　　本文還對現(xiàn)有地源熱泵系統(tǒng)與常規(guī)系統(tǒng)（燃煤鍋爐+水冷冷水機組）和原有燃煤系統(tǒng)進行性能對比，評價整個地源熱泵系統(tǒng)的使用效果、節(jié)能效益、環(huán)保效益及經濟效益，同時利用GS-1.0地埋管換熱器專業(yè)模擬軟件模擬該系統(tǒng)的地下溫度場和系統(tǒng)耗能，根據模擬結果確定該項目節(jié)能改造方向與潛力并提出如下改造措施:
　　

6、(1)增加空氣源熱泵作為輔助熱源解決系統(tǒng)取放熱不平衡問題;并通過對不同運行控制策略下地埋管熱平衡的全年模擬提出合理的運行策略;
　　(2)對于夏季而言，系統(tǒng)埋管數(shù)量設計過多，將埋管區(qū)域分區(qū)運行，緩解地下熱平衡問題的同時也提高管內對流換熱效率;
　　(3)建議優(yōu)化水泵選型，提高系統(tǒng)自動控制調節(jié)能力，并提供了現(xiàn)場管理人員規(guī)范化、科學化以及高效化管理機房。
　　通過以上研究結果表明:單純靠增大埋管數(shù)量不能從根本上有效地解決嚴

7、寒地區(qū)地源熱泵系統(tǒng)冬、夏季冷熱負荷不平衡的問題。而要使地源熱泵系統(tǒng)在嚴寒地區(qū)保持較高的運行效率應從維持地下全年熱平衡角度出發(fā)，以滿足夏季負荷需求為主要指標來設計地埋管數(shù)量，冬季多余負荷由輔助熱源來承擔。如果在偏遠地區(qū)無合適熱源，冬季供熱必須全部由地源熱泵來承擔的項目，應在經濟技術條件允許的條件下，采用過渡季或夏季增設地埋管蓄熱裝置來補充冬季過度取熱的損失。但對于這種復合系統(tǒng)的設計應經過詳細的模擬優(yōu)化給出合適的運行控制策略方能解決現(xiàn)有系統(tǒng)