復(fù)合埋管式土壤源熱泵系統(tǒng)性能研究.pdf

1、土壤源熱泵作為一種高效節(jié)能的可再生能源利用技術(shù)，近年來備受關(guān)注。目前對土壤源熱泵系統(tǒng)性能的研究主要集中在單獨采用水平或垂直埋管換熱器時土壤源熱泵系統(tǒng)的性能研究，而利用水平埋管與垂直埋管聯(lián)合換熱的土壤源熱泵系統(tǒng)研究成果還較少。本文將這種采用水平埋管與垂直埋管聯(lián)合換熱的土壤源熱泵系統(tǒng)稱為復(fù)合埋管式土壤源熱泵系統(tǒng)，并對其進(jìn)行研究。
　　本文基于天津市某辦公建筑，從熱泵機(jī)組出力負(fù)荷入手，根據(jù)建筑實際條件及經(jīng)濟(jì)性初步確定兩種埋管換熱器承擔(dān)負(fù)

2、荷配比，進(jìn)而制定針對該辦公建筑負(fù)荷特性的復(fù)合埋管式土壤源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行控制策略。分別建立水平埋管換熱器和垂直埋管換熱器三維傳熱模型，通過分別計算分析水平埋管和垂直埋管換熱器的換熱性能，完成復(fù)合埋管式土壤源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計方案。通過分析復(fù)合埋管式土壤源熱泵地埋側(cè)系統(tǒng)能效及經(jīng)濟(jì)性，肯定復(fù)合埋管式土壤源熱泵系統(tǒng)的優(yōu)勢所在，并對復(fù)合埋管式換熱器水力工況進(jìn)行優(yōu)化。最后通過實驗驗證地埋管換熱器三維傳熱數(shù)值計算模型的正確性。
　　首先基于天津市某辦

3、公建筑建立負(fù)荷計算模型，計算全年逐時建筑負(fù)荷，并選擇合適的熱泵機(jī)組，得到制冷和制熱工況下機(jī)組的逐時出力負(fù)荷，根據(jù)建筑實際條件初步確定兩種換熱器承擔(dān)負(fù)荷配比，進(jìn)而制定符合該建筑負(fù)荷特性的復(fù)合埋管式土壤源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行控制策略。分別建立水平埋管和垂直埋管三維傳熱溫度場數(shù)學(xué)模型，通過數(shù)值計算分析水平埋管和垂直埋管換熱器的換熱性能，進(jìn)而確定能夠滿足該建筑的制冷和制熱需求的水平埋管換熱器換熱單元數(shù)及垂直埋管換熱器鉆井?dāng)?shù)，完成復(fù)合埋管換熱器設(shè)計。負(fù)荷

4、特性對復(fù)合埋管式換熱器換熱性能影響較大，在醫(yī)院負(fù)荷特性及復(fù)合埋管換熱器設(shè)計負(fù)荷配比等條件下，數(shù)值計算結(jié)果證明采用復(fù)合埋管式土壤源熱泵系統(tǒng)并不合適。
　　通過建立復(fù)合埋管式土壤源熱泵系統(tǒng)能耗各組成部分模型，計算該辦公建筑在制冷期和制熱期的系統(tǒng)能耗，并得到夏季熱泵機(jī)組COP與冷凝器進(jìn)水溫度的關(guān)系及冬季熱泵機(jī)組COP與蒸發(fā)器進(jìn)水溫度的函數(shù)關(guān)系，進(jìn)而得到在制冷和制熱工況下熱泵機(jī)組及復(fù)合埋管式土壤源熱泵系統(tǒng)的逐時COP。
　　采用費用

5、年值作為指標(biāo)，對不同承擔(dān)負(fù)荷配比下復(fù)合埋管式土壤源熱泵系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析。當(dāng)垂直埋管換熱器承擔(dān)負(fù)荷配比逐漸增大時，系統(tǒng)費用年值基本呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢，但均低于獨立垂直埋管換熱器土壤源熱泵系統(tǒng)費用年值。提出換熱經(jīng)濟(jì)值的定義，以初步判斷在滿足換熱要求條件下采用水平埋管換熱器代替垂直埋管換熱器承擔(dān)負(fù)荷是否經(jīng)濟(jì)。結(jié)合復(fù)合埋管換熱器的換熱性能和經(jīng)濟(jì)性，總結(jié)得到復(fù)合埋管式土壤源熱泵最佳承擔(dān)負(fù)荷配比的方案選擇方法。
　　為減少數(shù)值換熱計算時間，

6、本文均采用水平埋管和垂直埋管換熱器獨立換熱計算的方式評估換熱器換熱性能，且通過比較聯(lián)合換熱計算與獨立換熱計算結(jié)果可知，在該建筑負(fù)荷特性及水平和垂直埋管承擔(dān)負(fù)荷配比條件下，獨立換熱計算結(jié)果與聯(lián)合換熱計算結(jié)果差異性較小，可視為獨立換熱計算對換熱結(jié)果的影響并不大。
　　提出了兩種復(fù)合埋管式土壤源熱泵系統(tǒng)地埋側(cè)水泵的設(shè)置方法，通過水力計算，并利用環(huán)狀管網(wǎng)水力計算與水力工況分析軟件得到這兩種方案在實際選取水泵參數(shù)條件下各埋管換熱器環(huán)路流量，

7、得到更有利于該辦公建筑復(fù)合埋管式土壤源熱泵系統(tǒng)水力工況的地埋側(cè)水泵設(shè)置方案，為復(fù)合埋管式土壤源熱泵系統(tǒng)中埋管換熱器水力工況的優(yōu)化提供了新思路。
　　通過對獨立埋管換熱器進(jìn)行實測，分別驗證水平埋管和垂直埋管獨立換熱計算模型的正確性。再對復(fù)合埋管式土壤源熱泵系統(tǒng)進(jìn)行實測，并對比水平埋管換熱器和垂直埋管換熱器獨立換熱計算結(jié)果與聯(lián)合換熱計算結(jié)果，發(fā)現(xiàn)在實驗室測試條件下，獨立換熱計算結(jié)果與實測結(jié)果有較大差別，而聯(lián)合換熱計算結(jié)果更準(zhǔn)確，因此采