土壤源熱泵系統(tǒng)長(zhǎng)期性能影響因素回歸分析

鄧小茜 潘毅群 范蕊 黃治鐘

1同濟(jì)大學(xué)機(jī)械與能源工程學(xué)院

2同濟(jì)大學(xué)中德工程學(xué)院

0 引言

在土壤源熱泵系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中，系統(tǒng)整體性能的好壞受諸多因素的相互影響和制約。地埋管換熱器是土壤源熱泵系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，其運(yùn)行性能和設(shè)計(jì)尺寸也受到諸多方面因素的影響[1]。只有在充分了解各方面因素的影響程度的基礎(chǔ)上，才能在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中合理地加以考慮，盡可能減小設(shè)計(jì)誤差，更加凸顯土壤源熱泵系統(tǒng)在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面的優(yōu)越性。所以對(duì)相關(guān)影響因素的影響情況進(jìn)行系統(tǒng)的分析研究，對(duì)推廣土壤源熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用具有重要意義。

目前對(duì)土壤源熱泵系統(tǒng)性能影響因素的研究主要從實(shí)測(cè)[2～4]和數(shù)值模擬[5～8]兩方面展開(kāi)。由于實(shí)驗(yàn)條件的限制，大多數(shù)實(shí)測(cè)研究都只是針對(duì)特定實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行研究，其研究結(jié)果適用性較窄。利用數(shù)值模擬方法進(jìn)行研究則可以避開(kāi)實(shí)驗(yàn)條件限制的問(wèn)題，但是目前利用數(shù)值模擬方法進(jìn)行的研究很多只是針對(duì)單埋管換熱器建立模型進(jìn)行短期的模擬分析，并沒(méi)有考慮實(shí)際情況下大規(guī)模管群中埋管間的相互影響，也沒(méi)有考慮在實(shí)際土壤源熱泵系統(tǒng)長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)運(yùn)行過(guò)程中地埋管換熱器與熱泵機(jī)組及建筑負(fù)荷的相互耦合作用，對(duì)各種影響參數(shù)的影響情況也只是進(jìn)行定性分析。所以本文借助模擬軟件TRNSYS建立土壤源熱泵系統(tǒng)模型，以建筑物全年逐時(shí)動(dòng)態(tài)負(fù)荷為系統(tǒng)輸入文件，將建筑負(fù)荷、熱泵機(jī)組、埋管換熱器三者很好的耦合在一起，使整個(gè)系統(tǒng)更接近實(shí)際運(yùn)行的土壤源熱泵系統(tǒng)。由于不同功能建筑的負(fù)荷特性存在很大差異，所以本文選取了商場(chǎng)、辦公、居住、賓館四類典型建筑進(jìn)行分析。分別對(duì)四類建筑的土壤源熱泵系統(tǒng)長(zhǎng)期（10年）運(yùn)行的動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行大量模擬計(jì)算，分析主要影響參數(shù)的影響情況。通過(guò)對(duì)模擬計(jì)算結(jié)果進(jìn)行回歸分析，擬合得到了四類建筑對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的10年平均COP和土壤10年溫升與主要影響參數(shù)的關(guān)系式，這樣將影響情況定量化以方便實(shí)際工程參考應(yīng)用。

1 土壤源熱泵系統(tǒng)模型的建立

本文模擬計(jì)算用到的商場(chǎng)、辦公樓、住宅、賓館四類建筑對(duì)應(yīng)的土壤源熱泵系統(tǒng)模型是用模擬軟件TRNSYS建立的。TRNSYS軟件最早由Wisconsin Madison大學(xué)Solar Energy實(shí)驗(yàn)室（SEL）開(kāi)發(fā)研制，其涉及的范圍較廣，可對(duì)多種系統(tǒng)的運(yùn)行狀況進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真，是一種模塊化的動(dòng)態(tài)仿真軟件。本文建立的土壤源熱泵系統(tǒng)模型主要由建筑負(fù)荷輸入文件、熱泵機(jī)組模塊、地埋管換熱器模塊（DST）、水泵模塊、各種控制部件及天氣文件等組成，系統(tǒng)基本原理如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)原理圖

建立的商場(chǎng)、辦公樓、住宅、賓館對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)模型中使用的全年逐時(shí)動(dòng)態(tài)負(fù)荷文件都是使用能耗模擬軟件eQUEST計(jì)算得到的。為了使系統(tǒng)在模擬的十年內(nèi)能正常運(yùn)行（即地埋管出水溫度滿足相應(yīng)規(guī)范[9]的要求）四類建筑的對(duì)應(yīng)的全年累計(jì)冷熱負(fù)荷比都在1左右，賓館最低為0.8；商場(chǎng)和辦公對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)系統(tǒng)模型運(yùn)行一年的土壤全年累計(jì)冷熱負(fù)荷比大概在2左右，住宅和賓館分別是1.6和1.4。同時(shí)為了便于對(duì)四類建筑進(jìn)行橫向?qū)Ρ?，四類建筑的峰值?fù)荷都在330kW左右，所建立的四個(gè)系統(tǒng)基準(zhǔn)模型中熱泵機(jī)組和地埋管換熱器的各種參數(shù)設(shè)定相同，制冷制熱期的設(shè)定也相同（見(jiàn)表1），只是模型的輸入負(fù)荷文件和系統(tǒng)日運(yùn)行時(shí)間有所不同。四個(gè)基準(zhǔn)模型中地埋管換熱器都是豎直單U型埋管，換熱器規(guī)模通過(guò)根據(jù)常規(guī)的工程設(shè)計(jì)方法確定，一共80口井，井深85m，鉆孔間距5m。

表1 系統(tǒng)年運(yùn)行時(shí)間表

2 單因素影響分析

2.1 影響參數(shù)選取及分析方法

影響豎直地埋管換熱器性能的因素眾多，按類別可以分成土壤物性參數(shù)、地埋管換熱器參數(shù)、管內(nèi)循環(huán)流體參數(shù)和系統(tǒng)運(yùn)行模式等。本文主要選取土壤導(dǎo)熱系數(shù)、土壤體積比熱容、回填料導(dǎo)熱系數(shù)、埋管間距、埋管深度、土壤初始溫度及系統(tǒng)日連續(xù)運(yùn)行時(shí)間這八個(gè)主要影響因素，根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)[8]及工程實(shí)際確定了各影響因素的基準(zhǔn)值和變化范圍（見(jiàn)表2）。

表2 各參數(shù)基準(zhǔn)值及取值范圍

為了分析各影響因素單獨(dú)作用時(shí)的影響情況，在模擬計(jì)算時(shí)分別在建立的四個(gè)（商場(chǎng)、辦公、賓館、住宅）基準(zhǔn)系統(tǒng)模型基礎(chǔ)上改變研究參數(shù)的取值，其他參數(shù)取基準(zhǔn)值不變，如此通過(guò)模擬計(jì)算得到各種情況下系統(tǒng)運(yùn)行十年的性能變化情況。為了反映出各參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行性能的影響情況，本文主要以系統(tǒng)10年平均COP和土壤10年溫升為因變量進(jìn)行研究。

2.2 單因素影響分析

通過(guò)對(duì)模擬計(jì)算結(jié)果進(jìn)行總結(jié)分析，得出了在本文研究的前提條件下八個(gè)影響參數(shù)對(duì)系統(tǒng)10年平均COP和土壤10年溫升的影響情況。四類建筑對(duì)應(yīng)土壤源熱泵系統(tǒng)的土壤10年溫升都隨著土壤導(dǎo)熱系數(shù)、土壤體積比熱容、回填料導(dǎo)熱系數(shù)、埋管間距、埋管深度、土壤初始溫度的增大而降低，隨著埋管內(nèi)流體流量、系統(tǒng)日運(yùn)行時(shí)間的増加而增大。四類建筑對(duì)應(yīng)的土壤源熱泵系統(tǒng)10年平均COP都隨著土壤導(dǎo)熱系數(shù)、土壤體積比熱容、回填料導(dǎo)熱系數(shù)、埋管間距、埋管深度的增大而增大，隨著土壤初始溫度、管內(nèi)流體流量、系統(tǒng)日運(yùn)行時(shí)間的增大而減小。并且分析結(jié)果顯示八個(gè)因素中除了土壤導(dǎo)熱系數(shù)、埋管內(nèi)流體流量和埋管深度對(duì)系統(tǒng)長(zhǎng)期性能的影響較大，其余因素的影響都較不明顯。

2.2.1 土壤導(dǎo)熱系數(shù)、埋管內(nèi)流體流量和埋管深度的影響情況分析

1）土壤導(dǎo)熱系數(shù)

圖2反映了隨著土壤導(dǎo)熱系數(shù)的增加，商場(chǎng)、辦公、住宅、賓館四類建筑對(duì)應(yīng)的土壤10年溫升都逐漸降低。土壤導(dǎo)熱系數(shù)由 0.75W/(m℃)增加到 2.35 W/(m℃)，賓館、住宅、商場(chǎng)、辦公對(duì)應(yīng)的土壤10年溫升降低值依次為 5.63℃、3.34℃、2.54℃、2.0℃，其中賓館降低的幅度最為明顯，這主要是由于賓館對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)是全天連續(xù)運(yùn)行的，而住宅、商場(chǎng)、辦公對(duì)應(yīng)系統(tǒng)都是間歇運(yùn)行的且全天連續(xù)運(yùn)行時(shí)間依次減少，可見(jiàn)較大的土壤導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)于緩解全天連續(xù)運(yùn)行系統(tǒng)的土壤溫升問(wèn)題效果非常明顯，而對(duì)于連續(xù)運(yùn)行時(shí)間較短的間歇運(yùn)行系統(tǒng)作用效果則相對(duì)差一點(diǎn)。從圖中還可以看出商場(chǎng)、辦公、住宅對(duì)應(yīng)的三根曲線的變化趨勢(shì)差不多，當(dāng)土壤導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到1.75W/(m℃)之后導(dǎo)熱系數(shù)的增加對(duì)減小土壤溫升的作用已經(jīng)很??；而賓館對(duì)應(yīng)曲線則更陡一些，當(dāng)土壤導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到1.95W/(m℃)之后導(dǎo)熱系數(shù)的增加對(duì)減小土壤溫升的作用才不是很明顯。由圖2中四條曲線變化趨勢(shì)可以看出，隨著導(dǎo)熱系數(shù)的增大，建筑類型差異對(duì)土壤的溫升影響變小。

從圖3可以看出隨著導(dǎo)熱系數(shù)的增加四類建筑對(duì)應(yīng)的土壤源熱泵系統(tǒng)10年的平均COP都增加。土壤導(dǎo)熱系數(shù)由0.75W/(m℃)增加到2.35W/(m℃)，賓館、住宅、商場(chǎng)、辦公對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的10年平均COP的增大值依次為 0.41、0.27、0.21、0.2，其中也是賓館對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的增加最明顯，這與土壤溫升降低程度相對(duì)應(yīng)。圖中顯示辦公、商場(chǎng)、住宅對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的10年平均COP隨著土壤導(dǎo)熱系數(shù)的增大變化趨勢(shì)很相似，不過(guò)相同土壤導(dǎo)熱系數(shù)下三者對(duì)應(yīng)的COP值依次減小，這主要是由于三者對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的每天運(yùn)行小時(shí)數(shù)和建筑負(fù)荷特性的差異引起的。圖3中還能明顯看出賓館對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的10年平均COP變化幅度明顯大于其它三類建筑，這說(shuō)明對(duì)于賓館這類全天連續(xù)運(yùn)行的系統(tǒng)，較大的土壤導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)提高系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行性能作用效果非常明顯。不過(guò)跟土壤溫升情況類似，當(dāng)辦公、商場(chǎng)、住宅對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的土壤導(dǎo)熱系數(shù)增大到1.75W/(m℃)，賓館對(duì)應(yīng)系統(tǒng)增大到1.95W/(m℃)之后再增大土壤導(dǎo)熱系數(shù)作用效果就不是很明顯了。

圖2 土壤10年溫升變化℃

圖3 系統(tǒng)10年平均COP變化

2）埋管內(nèi)流體流量

圖4和圖5顯示了土壤10年溫升及系統(tǒng)10年平均COP隨著埋管內(nèi)流體流量增大的變化情況。圖4顯示四類建筑對(duì)應(yīng)的土壤10年溫升都隨著埋管內(nèi)流體流量的增大先減小后增大，其中商場(chǎng)、住宅、辦公對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的埋管內(nèi)流體流量在0.55～1m3/h之間時(shí)對(duì)應(yīng)的土壤10年溫升較小，賓館對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的埋管內(nèi)流體流量在0.25～0.75m3/h之間時(shí)對(duì)應(yīng)的土壤10年溫升較小。埋管內(nèi)流體流量在0.25～2.5m3/h之間時(shí)，賓館、住宅、商場(chǎng)、辦公對(duì)應(yīng)的土壤10年溫升最大差值依次為1.47℃、0.77℃、0.47℃、0.35℃，可見(jiàn)埋管內(nèi)流體流量的變化對(duì)土壤10年溫升影響并不大。而土壤溫升隨著埋管流量的增大先減小后增大，主要是由于當(dāng)管內(nèi)流體流速過(guò)小時(shí)流動(dòng)沒(méi)有達(dá)到紊流導(dǎo)致流體與周圍土壤換熱不夠充分，而當(dāng)管內(nèi)流體流動(dòng)達(dá)到紊流后繼續(xù)增大流速則會(huì)使埋管內(nèi)流體由于流速過(guò)大而與周圍土壤換熱不充分，都會(huì)影響埋管換熱器的換熱性能。

圖4 土壤10年溫升變化℃

從圖5可以看出隨著埋管內(nèi)流量的增大四類建筑對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的10年平均COP都相應(yīng)降低。埋管內(nèi)流體流量由0.25m3/h增大到2.5m3/h，賓館、住宅、商場(chǎng)、辦公對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)10年平均COP降低值依次為0.364、0.381、0.473、0.367，COP 的降低主要由于流量增大會(huì)導(dǎo)致埋管側(cè)循環(huán)水泵的運(yùn)行能耗增大。由圖4、5可看出當(dāng)土壤溫升下降時(shí)對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)10年平均COP還是有所下降的，這主要是由于水泵能耗增大對(duì)系統(tǒng)COP的影響比土壤溫升降低對(duì)系統(tǒng)COP的影響更大，所以系統(tǒng)COP還是有所下降。流量在0.25～0.75m3/h之間時(shí)COP下降的幅值很小，此范圍內(nèi)四類建筑對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的COP都維持在較高的水平。綜合考慮對(duì)土壤溫升和系統(tǒng)COP的影響，埋管內(nèi)流體流量在0.55～0.75m3/h之間較合適。

圖5 系統(tǒng)10年平均COP變化

3）埋管深度

圖6和7分別顯示隨著埋管深度的增大四類建筑對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的土壤10年溫升減小，系統(tǒng)10年平均COP增大。埋管深度由65m增大到105m，賓館、住宅、商場(chǎng)、辦公對(duì)應(yīng)的土壤10年溫升降低值依次為2.934℃、1.94℃、1.49℃、1.17℃，對(duì)應(yīng)系統(tǒng) 10年平均COP 的增大值依次為 0.237、0.174、0.151、0.166，這說(shuō)明增大埋管深度對(duì)改善系統(tǒng)長(zhǎng)期性能有一定作用。這主要是由于隨著埋管深度的增加，埋管換熱器的換熱能力増大，夏季地埋管出口水溫下降，冬季地埋管出口水溫升高，提高了機(jī)組效率及系統(tǒng)的綜合效率。但是由于埋管深度的增大同時(shí)也會(huì)明顯增大鉆井費(fèi)用，增大系統(tǒng)的初投資，所以從經(jīng)濟(jì)性角度看并不是埋管深度越大越好而應(yīng)該針對(duì)不同的系統(tǒng)合理選擇埋管深度。從圖中曲線可以明顯看出賓館對(duì)應(yīng)系統(tǒng)對(duì)埋管深度變化比其它三類建筑更為敏感，這說(shuō)明在同樣的設(shè)計(jì)負(fù)荷下，同樣的埋管布局，像賓館這類全天連續(xù)運(yùn)行的系統(tǒng)需要的合理埋管深度應(yīng)該比其它間歇運(yùn)行的系統(tǒng)的合理埋管深度更深。

圖6 土壤10年溫升變化℃

圖7 系統(tǒng)10年平均COP變化

2.2.2 其余影響因素的影響情況分析

本文研究的八個(gè)影響因素中除了土壤導(dǎo)熱系數(shù)、埋管內(nèi)流體流量和埋管深度對(duì)系長(zhǎng)期性能的影響較大，剩下的五個(gè)因素對(duì)系統(tǒng)10年平均COP的影響都不太明顯，下面對(duì)這五個(gè)因素的影響情況進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

1）土壤體積比熱容

分析對(duì)應(yīng)的模擬計(jì)算結(jié)果顯示隨著土壤體積比熱容的增大四類建筑對(duì)應(yīng)的土壤10年溫升都逐漸增大，且變化趨勢(shì)類似。土壤體積比熱容由1270kJ/(m3℃)增加到3302kJ/(m3℃)，賓館、住宅、商場(chǎng)、辦公對(duì)應(yīng)的土壤 10年溫升降低值依次為 1.84℃、1.86℃℃、1.66℃、1.33℃，可見(jiàn)土壤體積比熱容的變化對(duì)四類建筑對(duì)應(yīng)土壤10年溫升的影響差距不大。這也說(shuō)明土壤體積比熱容的增大對(duì)減少土壤溫升的作用效果與系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的建筑類型關(guān)系不大。

對(duì)應(yīng)的COP模擬計(jì)算結(jié)果顯示隨著土壤體積比熱容的増大系統(tǒng)10年平均COP相應(yīng)增大，不過(guò)增大的幅值很小，土壤體積比熱容由1270kJ/(m3℃)增加到3302kJ/(m3℃)，賓館、住宅、商場(chǎng)、辦公對(duì)應(yīng)的系統(tǒng) 10年平均 COP 依次增大 0.041、0.043、0.045、0.051，可見(jiàn)土壤體積比熱容對(duì)四類建筑對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的10年平均COP影響都很小，這說(shuō)明增大土壤體積比熱容對(duì)改善系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行性能的作用較小。

2）土壤初始溫度

土壤初始溫度對(duì)應(yīng)的模擬計(jì)算結(jié)果顯示出四類建筑對(duì)應(yīng)的土壤10年溫升和系統(tǒng)10年平均COP都隨著土壤初始溫度的升高而降低，土壤初始溫度由16℃增大到20℃，賓館、住宅、商場(chǎng)、辦公對(duì)應(yīng)的土壤10年溫升降低值依次為 1.68℃、1.37℃、1.18℃、1.09℃，對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)10年平均COP降低值依次為0.039、0.041、0.046、0.054，可見(jiàn)土壤初始溫度對(duì)四類建筑對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的土壤10年溫升有一定影響，但是對(duì)系統(tǒng)10年平均COP影響都很小，這表明土壤初始溫度在16～20℃這個(gè)范圍內(nèi)時(shí)，土壤初始溫度的變化對(duì)系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行性能的影響較小，且對(duì)于本文中研究的土壤全年累計(jì)冷負(fù)荷大于熱負(fù)荷的土壤源熱泵系統(tǒng)而言，土壤初始溫度高對(duì)系統(tǒng)的長(zhǎng)期性能是不利的。

3）回填料導(dǎo)熱系數(shù)

由模擬計(jì)算結(jié)果得出四類建筑對(duì)應(yīng)的土壤10年溫升隨著回填料導(dǎo)熱系數(shù)增大都有一定程度的降低，回填料導(dǎo)熱系數(shù)由0.85W/(m℃)增加到2.45W/(m℃)，賓館、住宅、商場(chǎng)、辦公對(duì)應(yīng)的土壤10年溫升降低值依次為 0.79℃、0.41℃、0.24℃、0.21℃，其中仍是全天連續(xù)運(yùn)行的賓館對(duì)應(yīng)的土壤溫升最大，但是明顯看出四類建筑對(duì)應(yīng)的土壤10年溫升降低值都很小，這說(shuō)明回填料導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)于土壤溫升的影響很小。四類建筑對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)10年平均COP隨回填料導(dǎo)熱系數(shù)的增大也有所增大，但是隨著導(dǎo)熱系數(shù)的增大系統(tǒng)10年平均COP增大的幅值越來(lái)越小，當(dāng)回填料導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到1.85W/(m℃)之后再繼續(xù)增大對(duì)提高系統(tǒng)COP的作用就變的很不明顯了。

4）埋管間距

模擬計(jì)算結(jié)果顯示隨著埋管間距的增大四類建筑對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的土壤10年溫升下降都較顯著，其它條件不變情況下埋管間距從4m增大到6.5m，賓館、住宅、商場(chǎng)、辦公對(duì)應(yīng)的土壤10年溫升降低值依次為2.19℃、2.42℃、2.21℃、1.79℃，說(shuō)明增大埋管間距對(duì)緩解土壤熱堆積問(wèn)題作用效果很好。但是結(jié)果顯示增大埋管間距對(duì)增大四類建筑對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的10年平均COP作用非常小。分析其原因可能是由于系統(tǒng)基準(zhǔn)模型建立的地埋管換熱器規(guī)模相對(duì)于輸入的負(fù)荷偏大，4m的埋管間距已經(jīng)能很好地保證埋管換熱器運(yùn)行性能，再增大埋管間距對(duì)管內(nèi)流體與周圍土壤的換熱過(guò)程基本沒(méi)什么影響，所以對(duì)系統(tǒng)COP影響非常小。這也表明由于不同工程中實(shí)際的單位井深換熱量存在一定差異，所以目前工程設(shè)計(jì)中常用的根據(jù)單位井深換熱量的經(jīng)驗(yàn)值和峰值負(fù)荷估算埋管換熱器規(guī)模的這種方法可能存在較大誤差。如埋管換熱器設(shè)計(jì)規(guī)模偏大的情況雖然可以保證系統(tǒng)較好的運(yùn)行，但可能會(huì)增大不必要的初投資；而若設(shè)計(jì)規(guī)模偏小則會(huì)影響系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行的性能，所以為了確定較優(yōu)的埋管換熱器規(guī)模在系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段對(duì)整個(gè)系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行進(jìn)行模擬計(jì)算很有必要。

5）日運(yùn)行小時(shí)數(shù)

分析模擬計(jì)算結(jié)果得出商場(chǎng)對(duì)應(yīng)系統(tǒng)隨著日連續(xù)運(yùn)行小時(shí)數(shù)從8h增加到14h土壤10年平均溫度增大1.48℃，系統(tǒng)10年平均COP降低0.089；住宅對(duì)應(yīng)系統(tǒng)日連續(xù)運(yùn)行小時(shí)數(shù)從12h增加到17h土壤10年平均溫度增大 1.53℃，系統(tǒng) 10年平均 COP降低0.033；辦公對(duì)應(yīng)系統(tǒng)日連續(xù)運(yùn)行小時(shí)數(shù)從7h增加到14h土壤10年平均溫度增大2.23℃，系統(tǒng)10年平均COP降低0.087?？擅黠@看出商場(chǎng)、辦公、住宅對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的日連續(xù)運(yùn)行小時(shí)數(shù)對(duì)系統(tǒng)10年平均COP影響很小。分析其原因可能跟埋管間距影響很小的原因一樣，還是由于系統(tǒng)基準(zhǔn)模型中地埋管換熱器規(guī)模偏大，導(dǎo)致日連續(xù)運(yùn)行時(shí)間加長(zhǎng)后系統(tǒng)還是能比較好的滿足負(fù)荷要求。在之后的研究中會(huì)選擇通過(guò)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行模擬計(jì)算來(lái)確定較合理的埋管換熱器規(guī)模。

表3 回歸方程匯總

3 單因素回歸分析

本文通過(guò)對(duì)各參數(shù)的影響情況進(jìn)行分析之后，利用統(tǒng)計(jì)分析軟件SPSS對(duì)模擬計(jì)算結(jié)果進(jìn)行擬合得到了四類建筑對(duì)應(yīng)的土壤源熱泵系統(tǒng)10年平均COP（cop）和土壤10年溫升（t）與主要影響參數(shù)的回歸方程（如表3所示），所有回歸方程及其回歸系數(shù)均已通過(guò)了顯著性檢驗(yàn)。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)使用模擬軟件TRNSYS建立商場(chǎng)、辦公、住宅、賓館這四種不同功能建筑對(duì)應(yīng)的土壤源熱泵系統(tǒng)基準(zhǔn)模型，在建立的各基準(zhǔn)模型基礎(chǔ)上對(duì)影響系統(tǒng)長(zhǎng)期（10年）運(yùn)行性能的八個(gè)主要參數(shù)的影響情況進(jìn)行了分析，并通過(guò)回歸分析得出關(guān)系式使得各參數(shù)影響程度得到量化。本文得到的主要結(jié)論如下：

1）四類建筑對(duì)應(yīng)系統(tǒng)中的埋管內(nèi)流體流量及回填料導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)土壤10年溫升的影響都很小，土壤導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)土壤10年溫升的影響最大；土壤體積比熱容、土壤初始溫升、埋管間距、運(yùn)行模式對(duì)系統(tǒng)10年平均COP影響較小，土壤導(dǎo)熱系數(shù)、埋管深度、管內(nèi)流速對(duì)系統(tǒng)10年平均COP的影響較大。

2）商場(chǎng)、辦公、住宅的土壤導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到1.75 W/(m℃)之后導(dǎo)熱系數(shù)的增加對(duì)減小土壤溫升的作用已經(jīng)很小；而賓館土壤導(dǎo)熱系數(shù)則要達(dá)到1.95W/(m℃)之后導(dǎo)熱系數(shù)的增加對(duì)減小土壤溫升的作用才不是很明顯。

3）綜合考慮對(duì)土壤溫升和系統(tǒng)COP的影響，埋管內(nèi)流體流量在0.55～0.75m3/h之間較合適。

4）當(dāng)回填料導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到1.85W/(m℃)之后再繼續(xù)增大對(duì)提高系統(tǒng)長(zhǎng)期性能的作用變的很不明顯。

5）同樣的設(shè)計(jì)負(fù)荷下，像賓館這類全天連續(xù)運(yùn)行的系統(tǒng)需要的埋管換熱器規(guī)模應(yīng)該比其它間歇運(yùn)行的系統(tǒng)更大。

由于本論文只是基于特定地埋管換熱器規(guī)模進(jìn)行了分析，所以結(jié)論也必然存在一定局限性，之后會(huì)結(jié)合實(shí)際工程實(shí)驗(yàn)研究在其它規(guī)模情況下進(jìn)行大量分析，以期更全面的了解主要影響因素的影響規(guī)律。

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