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(lái)備受關(guān)注。目前對(duì)土壤源熱泵系統(tǒng)性能的研究主要集中在單獨(dú)采用水平或垂直埋管換熱器時(shí)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(chēng)為復(fù)合埋管式土壤源熱泵系統(tǒng)，并對(duì)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(shí)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(duì)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(guò)分別計(jì)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(jì)方案。通過(guò)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(shì)所在，并對(duì)復(fù)合埋管式換熱器水力工況進(jìn)行優(yōu)化。最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證地埋管換熱器三維傳熱數(shù)值計(jì)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(jì)算模型，計(jì)算全年逐時(shí)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(shí)出力負(fù)荷，根據(jù)建筑實(shí)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(chǎng)數(shù)學(xué)模型，通過(guò)數(shù)值計(jì)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(jì)。負(fù)荷

4、特性對(duì)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(jì)負(fù)荷配比等條件下，數(shù)值計(jì)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(guò)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(jì)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(shí)COP。
　　采用費(fèi)用

5、年值作為指標(biāo)，對(duì)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(shí)，系統(tǒng)費(fèi)用年值基本呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢(shì)，但均低于獨(dú)立垂直埋管換熱器土壤源熱泵系統(tǒng)費(fèi)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(jì)算時(shí)間，

6、本文均采用水平埋管和垂直埋管換熱器獨(dú)立換熱計(jì)算的方式評(píng)估換熱器換熱性能，且通過(guò)比較聯(lián)合換熱計(jì)算與獨(dú)立換熱計(jì)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(dú)立換熱計(jì)算結(jié)果與聯(lián)合換熱計(jì)算結(jié)果差異性較小，可視為獨(dú)立換熱計(jì)算對(duì)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(guò)水力計(jì)算，并利用環(huán)狀管網(wǎng)水力計(jì)算與水力工況分析軟件得到這兩種方案在實(shí)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(guò)對(duì)獨(dú)立埋管換熱器進(jìn)行實(shí)測(cè)，分別驗(yàn)證水平埋管和垂直埋管獨(dú)立換熱計(jì)算模型的正確性。再對(duì)復(fù)合埋管式土壤源熱泵系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)測(cè)，并對(duì)比水平埋管換熱器和垂直埋管換熱器獨(dú)立換熱計(jì)算結(jié)果與聯(lián)合換熱計(jì)算結(jié)果，發(fā)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試條件下，獨(dú)立換熱計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果有較大差別，而聯(lián)合換熱計(jì)算結(jié)果更準(zhǔn)確，因此采