重慶某土壤源熱泵工程地埋管系統(tǒng)分區(qū)運(yùn)行策略研究.pdf

1、土壤源熱泵地埋管換熱器周?chē)寥罍囟戎苯佑绊懙降芈窆軗Q熱器換熱性能及冷熱源系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，熱泵系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間不間斷的運(yùn)行，造成土壤溫度持續(xù)變化，并導(dǎo)致?lián)Q熱器換熱性能降低，機(jī)組效率降低及系統(tǒng)能耗增加。土壤源熱泵短時(shí)間的間歇運(yùn)行，能夠利用土壤熱恢復(fù)特性有效的緩解熱累積現(xiàn)象，改善土壤的傳熱和增強(qiáng)地埋管換熱器的換熱能力。通常情況下熱泵的間歇運(yùn)行通過(guò)機(jī)組啟停時(shí)間來(lái)有效控制，對(duì)于實(shí)際工程，機(jī)組的啟停狀態(tài)由建筑負(fù)荷特征決定，因此具有一定的局限性和隨機(jī)性。本文

2、從地埋管整個(gè)管群出發(fā)，在既滿(mǎn)足建筑負(fù)荷要求，又保證機(jī)組運(yùn)行條件下，通過(guò)對(duì)地埋管系統(tǒng)進(jìn)行合理的分區(qū)控制，使土壤得到短暫的周期性間歇恢復(fù)時(shí)間，降低土壤溫度，提高系統(tǒng)換熱效率。
　　本文依托于重慶市某工程項(xiàng)目搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，以實(shí)測(cè)的的方式研究了土壤的初始溫度狀況及土壤在冬夏季典型運(yùn)行日、過(guò)渡季節(jié)恢復(fù)期中的土壤溫度變化情況，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)地埋管供、回水溫度，系統(tǒng)水流量等必要參數(shù)。利用 Fluent軟件建立的地埋管換熱器三維管群傳熱模型，運(yùn)用實(shí)測(cè)

3、數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行了土壤溫度和進(jìn)、出水水溫的驗(yàn)證。根據(jù)所建立的模型，對(duì)土壤恢復(fù)特性進(jìn)行了綜合分析，研究了土壤在不同土壤導(dǎo)熱系數(shù)、土壤比熱容值、回填材料下冬夏季工況的恢復(fù)性能。最后根據(jù)實(shí)測(cè)分析研究的土壤恢復(fù)規(guī)律，提出了地埋管分區(qū)運(yùn)行確定方法，并通過(guò)對(duì)冬、夏季地埋管在逐時(shí)負(fù)荷運(yùn)行下的模擬計(jì)算研究，確定了本項(xiàng)目土壤源熱泵系統(tǒng)最佳運(yùn)行分區(qū)模式、分區(qū)方案以及全年分區(qū)運(yùn)行控制策略。
　　實(shí)測(cè)研究表明，冬、夏季典型運(yùn)行日由于建筑負(fù)荷大，負(fù)荷持續(xù)性強(qiáng)

4、，土壤及供、回水溫度均較為穩(wěn)定，運(yùn)行日一天的負(fù)荷累積對(duì)地埋管換熱系統(tǒng)影響甚微。土壤溫度恢復(fù)主要集中在過(guò)渡恢復(fù)期的前4天內(nèi)，且第一天溫度恢復(fù)程度最大，占整個(gè)冬季過(guò)渡期上降幅度的46.7％~51.3%，占整個(gè)夏季過(guò)渡期下降幅度的58.2%~73.1%。
　　模擬研究表明，土壤溫度恢復(fù)速率呈指數(shù)型下降的趨勢(shì)，且土壤導(dǎo)熱系數(shù)越大，土壤恢復(fù)越快；土壤比熱容值越大，土壤恢復(fù)越慢，反之亦然；土壤回填材料導(dǎo)熱系數(shù)在滿(mǎn)足規(guī)范要求的范圍內(nèi)，對(duì)土壤恢復(fù)

5、影響不大。根據(jù)地埋管分區(qū)方法，本項(xiàng)目土壤源熱泵系統(tǒng)宜采用1種地埋管分區(qū)模式，2種埋管運(yùn)行方案。模擬根據(jù)負(fù)荷特征，將運(yùn)行時(shí)間按負(fù)荷率（0~25%、25%~50%、50%~75%、75%~100%）及負(fù)荷滿(mǎn)載前期和后期逐一劃分為7個(gè)運(yùn)行工況，并進(jìn)行運(yùn)行季度逐時(shí)負(fù)荷模擬計(jì)算。分區(qū)運(yùn)行下，熱泵系統(tǒng)能達(dá)到節(jié)能效果，且節(jié)能率大小與建筑負(fù)荷持續(xù)性、負(fù)荷大小、單井負(fù)荷承載率相關(guān)。夏季理論運(yùn)行工況下，分區(qū)運(yùn)行土壤溫度總體呈現(xiàn)周期性升高的趨勢(shì)，回水最高溫度

6、理論方案1>理論方案3>理論方案2，回水平均溫度理論方案3>理論方案1>理論方案2；夏季實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)下，最佳分區(qū)運(yùn)行方案1在工況1~7下地埋管出水溫度降低0.63~2.00℃，機(jī)組能耗降低1.84%~5.69%，水泵能耗增加1.75%~10.18%，系統(tǒng)總節(jié)能率為3.18%；冬季實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)下，最佳分區(qū)運(yùn)行方案1在工況2~6下地埋管出水溫度升高0.32~1.86℃，機(jī)組能耗降低1.19%~7.69%，水泵能耗升高1.17%~9.26%，