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換熱器最佳設計出口溫度的變化范圍，本文建立了地下換熱器的傳熱模型，用自編程序分析了出口溫度對埋管長度的影響；根據壓縮機的部分負荷性能得出了系統耗功量與出口溫度的關系；使用費用年值法將土壤源熱泵與其他冷熱源空調系統進行了經濟性比較。結果表明，上海地區(qū)使用土壤源熱泵系統比其他冷熱源系統更具有經濟優(yōu)勢；地下換熱器的最佳出口溫度夏

2、季為30～35℃，冬季為6～10℃。關鍵詞關鍵詞土壤源熱泵；地下換熱器；埋管長度；運行成本；經濟性1前言土壤源熱泵系統是利用土壤的蓄冷（熱）性能，通過中間介質在封閉的地下換熱器中循環(huán)流動，從而實現與土壤的熱交換。冬季通過熱泵將大地中的熱量取出對建筑物供暖，同時貯存冷量，以備夏用；夏季通過熱泵將建筑物的熱量釋放到地下，對建筑物進行降溫，同時貯存熱量，以備冬用。由于其技術上的優(yōu)勢，推廣土壤源熱泵具有明顯的節(jié)能和環(huán)保效益。根據文獻[1]，對于

3、土壤源熱泵豎直地下埋管換熱器，夏季的設計出口溫度一般為土壤溫度加上11～14℃，冬季的設計出口溫度為土壤溫度減去8～11℃。而山東建工學院報告廳地源熱泵系統的測試表明[2]，在達到準穩(wěn)定工況時，夏季地下換熱器的出口設計溫度為土壤溫度加上20～25℃，冬季的設計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計出口溫度均相差較大，而且都沒有從土壤源熱泵系統經濟性的角度加以考慮。實際上，地下換熱器設計出口溫度的高低對埋

4、管長度以及熱泵機組的運行效率都有較大的影響。夏季，隨著地下換熱器的設計出口溫度的升高，所需要的地下埋管長度變少，系統的初投資降低，而熱泵機組的運行效率降低，運行成本就升高；冬季正好相反。這就存在一個最佳出口溫度問題。如何確定地下換熱器的最佳設計出口溫度，使之在滿足設計條件下土壤源熱泵系統的經濟成本最低，這將是本文討論的重點。2數學模型數學模型地下換熱器的設計是土壤源熱泵系統設計的最重要部分。在目前的工程設計中，地下埋管長度主要是根據建筑

5、物的峰值冷負荷或熱負荷確定出換熱器的放熱量或吸熱量，然后確定地下換熱器的布置方式，再根據手冊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，但是沒有考慮當地的氣候條件，巖土根據能量守恒方程，聯立式（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地下換熱器出口溫度對埋管長度的影響地下換熱器出口溫度對埋管長度的影響地下換熱器中循環(huán)液出口溫度對垂直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。地源熱泵的技術規(guī)程指出，土壤源熱泵系統地下換熱器中循環(huán)液的設計平均溫度夏季通?？蛇x為37℃，冬季為2～5℃。一般考慮冬夏季進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，土壤的熱導率λ=1.6W(mk)，土壤的導溫系數=9.1107m2sa?，深層土壤溫度t0=15.8℃。根

7、據所編程序得出單位管長換熱量與地下換熱器出口溫度、運行時間、土壤熱物性、埋管間距等各種變化參數的關系。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行時間的變化關系；圖3、圖4分別表示夏季與冬季不同的地下換熱器設計出口溫度相對于出口溫度為26℃和10℃時的埋管長度百分比。由圖1和圖2可知，單位管長換熱量隨運行時間的增加而逐漸減少，在運行前5天內減小的幅度較大，這是由于運行時間較短，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，夏季地下換熱器設計出口溫度增加，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地下換熱器出口溫度對系統耗功量的影響地下換熱器出口溫度對系統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為變流量系統。當設計的出口溫度確定后，壓縮機的設計工況就可以確定，然