基于運(yùn)行策略的某復(fù)合式地源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化分析

武佳琛 張 旭 周 翔 劉海霞

(同濟(jì)大學(xué)機(jī)械與能源工程學(xué)院 上海 201804)

地源熱泵技術(shù)近些年在我國(guó)取得了較快的發(fā)展，特別是土壤源熱泵得到了廣泛的應(yīng)用，它具有較高的一次能源利用率和系統(tǒng)能效，節(jié)能效益和環(huán)保效益顯著［1］。

對(duì)于大型公共建筑，在冬夏負(fù)荷不平衡的地區(qū)，常采用復(fù)合式地源熱泵作為其空調(diào)系統(tǒng)的冷熱源，相比于常規(guī)的地源熱泵系統(tǒng)，

這種系統(tǒng)形式不僅減少了地埋管數(shù)量，降低了初投資，還有效地解決了土壤熱平衡問(wèn)題，有利于提高系統(tǒng)的可靠性，降低系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用，具有較好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)優(yōu)勢(shì)［2］。

對(duì)于一個(gè)復(fù)合式地源熱泵系統(tǒng)，運(yùn)行策略對(duì)其實(shí)際運(yùn)行效果起著非常重要的作用，對(duì)于同一個(gè)復(fù)合式地源熱泵系統(tǒng)，采取不同的運(yùn)行策略，經(jīng)濟(jì)性會(huì)產(chǎn)生顯著的差異，運(yùn)行策略制定的不得當(dāng)，甚至?xí)o系統(tǒng)的可靠性帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)［3］。

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)復(fù)合式地源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行控制策略的研究主要集中在冷卻塔與地埋管復(fù)合的形式上，其控制冷卻塔開(kāi)啟的策略主要有三類:1)設(shè)定溫度控制:當(dāng)進(jìn)入或流出地?zé)釗Q熱器的水溫超過(guò)設(shè)定溫度時(shí)開(kāi)啟輔助散熱裝置;2)溫差控制:當(dāng)進(jìn)入熱泵的水溫與周圍空氣干球或濕球溫度的差值超過(guò)設(shè)定值時(shí)開(kāi)啟輔助散熱裝置;3)開(kāi)啟時(shí)間控制:在特定的時(shí)間段內(nèi)(如夜間)開(kāi)啟輔助散熱裝置排出土壤中的熱量。而針對(duì)于并聯(lián)冷水機(jī)組+冷卻塔形式的復(fù)合式地源熱泵系統(tǒng)的研究還較少，這方面有長(zhǎng)時(shí)間實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的研究也比較匱乏［4－10］。而在我國(guó)，已經(jīng)有相當(dāng)數(shù)量的大型公共建筑的空調(diào)系統(tǒng)采用了這種形式，由此在實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合仿真模擬，對(duì)并聯(lián)冷水機(jī)組+冷卻塔的復(fù)合式地源熱泵系統(tǒng)的運(yùn)行策略進(jìn)行分析探討，尋求其優(yōu)化途徑是必要的。

1 系統(tǒng)介紹

華東地區(qū)某大型客站，站房主體總面積221903 m2，建筑全年負(fù)荷分布如下圖1所示，其中夏季最大冷負(fù)荷18.53 MW，冬季最大熱負(fù)荷6.58 MW。

圖1 某大型客站全年負(fù)荷分布圖Fig．1 Annual cold/heat load

該建筑的空調(diào)冷熱源形式為復(fù)合地源熱泵系統(tǒng)，由地埋管地源熱泵子系統(tǒng)和水冷冷水機(jī)組+冷卻塔子系統(tǒng)構(gòu)成，冬季熱負(fù)荷全部由地源熱泵子系統(tǒng)承擔(dān)，夏季由冷水機(jī)組子系統(tǒng)和地源熱泵子系統(tǒng)聯(lián)合供冷。地源熱泵機(jī)組共三臺(tái)，兩用一備;離心冷水機(jī)組共四臺(tái)，三用一備。機(jī)組的制冷制熱能力如下表1所示:

表1機(jī)組制冷制熱能力對(duì)應(yīng)表Tab．1 Cooling and heating capacity of unit

2 實(shí)際運(yùn)行分析

2.1 系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集與計(jì)算

該建筑空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)方搭建了整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，對(duì)整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采集存儲(chǔ)并實(shí)時(shí)監(jiān)控，各機(jī)組進(jìn)出水的溫度和流量是其監(jiān)測(cè)的重要對(duì)象。下圖2為其運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的截圖。

圖2某大型客站復(fù)合式地源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)界面Fig．2 The monitoring interface of the system

通過(guò)測(cè)得的各機(jī)組進(jìn)出水的溫度和流量，在夏季制冷工況下，可計(jì)算出地源熱泵機(jī)組和冷水機(jī)組的實(shí)際制冷量和其在冷凝器側(cè)(地源側(cè)或冷卻塔側(cè))的實(shí)際放熱量。再由能量守恒，可獲得機(jī)組的實(shí)際性能系數(shù)COP。

2.2 運(yùn)行結(jié)果及分析

對(duì)該大型客站的復(fù)合式地源熱泵系統(tǒng)在2012年夏季制冷工況的主要實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，探討復(fù)合式地源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行變化對(duì)地埋管換熱特性和機(jī)組性能的影響。數(shù)據(jù)分析點(diǎn)從2012年6月13日至8月23日。將這期間的機(jī)組主要開(kāi)啟情況換算成其對(duì)應(yīng)的制冷容量如下圖3所示。

圖3 復(fù)合式地源熱泵系統(tǒng)機(jī)組開(kāi)啟情況Fig．3 Actual cooling capacity of the unit under the operation strategy

由圖3，該系統(tǒng)夏季的運(yùn)行策略為以地源熱泵為基載，冷水機(jī)組承擔(dān)剩余冷量，當(dāng)冷水機(jī)組和地源熱泵共同承擔(dān)負(fù)荷的時(shí)刻，一般至少有一臺(tái)地源熱泵機(jī)組開(kāi)啟。

根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的差異，將其實(shí)際運(yùn)行劃分為三個(gè)階段進(jìn)行分析研究。

系統(tǒng)運(yùn)行的第一階段從2012年6月13日至2012年6月29日:由于剛進(jìn)入制冷季，這一階段的建筑負(fù)荷并不大，并均由地源熱泵機(jī)組承擔(dān)，冷水機(jī)組尚未開(kāi)啟。

下圖4是第一階段的地埋管進(jìn)出水溫度及熱泵機(jī)組承擔(dān)負(fù)荷的變化圖。

圖4第一階段的地埋管進(jìn)出水溫度變化圖Fig．4 Water temperature variation of inlet and outlet of the buried pipe in the first stage

圖4～圖7中的水溫變化曲線的斷開(kāi)部分表示熱泵機(jī)組的短時(shí)間停機(jī)，由圖4可以得出以下結(jié)論:

1)地源熱泵機(jī)組承擔(dān)的負(fù)荷在一定水平上時(shí)，地埋管的進(jìn)出水溫度在每一個(gè)連續(xù)運(yùn)行工況都基本呈上升趨勢(shì);開(kāi)始階段的上升速率較快，運(yùn)行一段時(shí)間后會(huì)基本保持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的水平，負(fù)荷強(qiáng)度越高，達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間越長(zhǎng)，其對(duì)應(yīng)的地埋管進(jìn)出水溫度也越高;這一階段地埋管換熱器的換熱平均溫差為5.04℃。

2)地埋管水進(jìn)出水溫度在連續(xù)運(yùn)行工況下會(huì)出現(xiàn)下降，其原因在于地源熱泵機(jī)組承擔(dān)負(fù)荷的大幅度下降，當(dāng)?shù)卦礋岜脵C(jī)組冷凝器側(cè)釋熱量的強(qiáng)度弱于土壤本身的熱擴(kuò)散能力時(shí)，土壤溫度恢復(fù)，地埋管進(jìn)出水溫度就會(huì)下降。

3)系統(tǒng)運(yùn)行的每一個(gè)間歇，都會(huì)使下一個(gè)運(yùn)行周期起始的地埋管進(jìn)出水溫度有一個(gè)明顯的下降，這表明間歇運(yùn)行對(duì)地埋管周圍土壤溫度的恢復(fù)具有明顯的效果。

系統(tǒng)運(yùn)行的第二階段從2012年6月29日到2012年7月14日:這一階段冷水機(jī)組開(kāi)始與地源熱泵機(jī)組聯(lián)合運(yùn)行，由于建筑負(fù)荷的增大，兩臺(tái)地源熱泵機(jī)組同時(shí)運(yùn)行的份額較上一階段明顯提升，在這一階段，地源熱泵機(jī)組停機(jī)間歇的次數(shù)較多。

下圖5是第二階段的地埋管進(jìn)出水溫度及熱泵機(jī)組承擔(dān)負(fù)荷的變化圖。

圖5第二階段的地埋管進(jìn)出水溫度變化圖Fig．5 Water temperature variation of inlet and outlet of the buried pipe in the second stage

由圖5:在這一階段的每一連續(xù)運(yùn)行工況，地埋管進(jìn)出水溫度的相對(duì)穩(wěn)定值較上一階段有顯著的提升;地埋管進(jìn)出水溫差的均值為4.47℃，較上一階段下降0.57℃，地埋管換熱量減小，這表明相對(duì)于地埋水溫度的上升，地埋管周圍土壤溫度的上升幅度更大;但在更高的負(fù)荷強(qiáng)度下，每一個(gè)間歇運(yùn)行所帶來(lái)的土壤溫度恢復(fù)效果依然是十分明顯。

系統(tǒng)運(yùn)行的第三階段從2012年7月15日到2012年8月22日:這一階段是夏季最熱的時(shí)期，建筑冷負(fù)荷較大，系統(tǒng)基本保持了兩臺(tái)熱泵機(jī)組和冷水機(jī)組的聯(lián)合運(yùn)行，地源熱泵機(jī)組停機(jī)間歇的次數(shù)較少。

下圖6是第三階段的地埋管進(jìn)出水溫度及熱泵機(jī)組承擔(dān)負(fù)荷的變化圖。

圖6第三階段的地埋管進(jìn)出水溫度變化圖Fig．6 Water temperature variation of inlet and outlet of the buried pipe in the third stage

由圖6:從7月15日到8月5日，地源熱泵機(jī)組有超過(guò)20天的連續(xù)運(yùn)行工況，其間地源熱泵機(jī)組的負(fù)荷始終保持在一個(gè)較高的水平，地埋管的進(jìn)出水也較長(zhǎng)時(shí)間處于一個(gè)溫度很高的狀態(tài)。這一階段地埋管進(jìn)出水溫差的均值為3.89℃，地埋管周圍土壤溫度的進(jìn)一步升高;在8月11日～8月14日地源熱泵機(jī)組僅開(kāi)啟一臺(tái)的情況下，地埋管的進(jìn)出水溫度明顯下降了一個(gè)檔次，基本保持在34℃和31℃，待14日恢復(fù)到開(kāi)啟兩臺(tái)地源熱泵機(jī)組時(shí)，地埋管進(jìn)出水溫度迅速恢復(fù)到了一個(gè)較高的水平，這再一次表明地埋管的進(jìn)出水溫度變化和機(jī)組承擔(dān)的負(fù)荷有十分密切的關(guān)系。

3 運(yùn)行策略優(yōu)化方案分析

并聯(lián)冷水機(jī)組+冷卻塔的復(fù)合式地源熱泵的兩個(gè)子系統(tǒng)僅是共用末端水系統(tǒng)，在夏季制冷工況下，可以互不干擾的為建筑提供冷源，其運(yùn)行控制相比于傳統(tǒng)的復(fù)合式地源熱泵系統(tǒng)形式更為靈活，除了地源熱泵機(jī)組單獨(dú)供冷和地源熱泵機(jī)組+冷水機(jī)組聯(lián)合供冷的運(yùn)行模式外，完全有條件將熱泵機(jī)組關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)冷水機(jī)組的單獨(dú)供冷。

由上節(jié)分析可知，系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行策略是以地源熱泵優(yōu)先開(kāi)啟的方式進(jìn)行制冷運(yùn)行。該運(yùn)行策略的優(yōu)勢(shì)在于保證了地源熱泵系統(tǒng)夏季對(duì)土壤的釋熱量，有利于系統(tǒng)在冬季的制熱工況;但該運(yùn)行策略會(huì)使地源熱泵系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行，不利于土壤溫度恢復(fù)，特別在夏季負(fù)荷較大的時(shí)段，過(guò)高的釋熱強(qiáng)度可導(dǎo)致地埋管出水溫度過(guò)高和地源熱泵機(jī)組效能下降。下圖7是上述第三階段3#熱泵機(jī)組和2#冷水機(jī)組的COP變化圖。

圖7第三階段的3#熱泵機(jī)組和2#冷水機(jī)組COP變化圖Fig．7 COP variation of 3#heat pump unit and 2#chiller unit in the third stage

由圖7可知:連續(xù)運(yùn)行使地埋管換熱器周圍土壤溫度不斷上升，地埋管的出水溫度保持在一個(gè)比較高的水平，降低了熱泵機(jī)組能效，熱泵機(jī)組的COP平均值僅為4.4，而同時(shí)開(kāi)啟的冷水機(jī)組的COP平均值為6.6，在這樣的狀態(tài)下，地源熱泵很可能已不具備夏季節(jié)能的優(yōu)勢(shì)了。

解決這一問(wèn)題的方法就在于降低地源熱泵系統(tǒng)的運(yùn)行份額，對(duì)應(yīng)的運(yùn)行策略優(yōu)化途徑主要有二:一是夏季制冷以冷水機(jī)組優(yōu)先運(yùn)行，在負(fù)荷不大的時(shí)段內(nèi)由冷水機(jī)組子系統(tǒng)承擔(dān)系統(tǒng)的冷負(fù)荷;二是仍在地源熱泵為優(yōu)先運(yùn)行的策略下，只在某些時(shí)段，特別是室外氣溫較低建筑負(fù)荷較小的夜晚，讓地源熱泵機(jī)組停機(jī)休息，以冷水機(jī)組+冷卻塔的子系統(tǒng)承擔(dān)系統(tǒng)負(fù)荷。這樣可以充分利用這一時(shí)段冷卻塔較優(yōu)的換熱特性，也會(huì)使地埋管換熱器周圍的土壤溫度恢復(fù)，改善下一階段的土壤換熱。

綜上所述，對(duì)該復(fù)合式地源熱泵系統(tǒng)主要有以下三種運(yùn)行策略:1)夏季以冷水機(jī)組優(yōu)先制冷，地源熱泵機(jī)組進(jìn)行調(diào)峰;2)夏季以地源熱泵機(jī)組優(yōu)先制冷，并且地源熱泵機(jī)組連續(xù)運(yùn)行;3)夏季每日高負(fù)荷時(shí)段(6點(diǎn)－次日0點(diǎn))以地源熱泵機(jī)組優(yōu)先制冷，但在子夜0點(diǎn)到清晨6點(diǎn)，讓地源熱泵機(jī)組停機(jī)6 h，期間由冷水機(jī)組單獨(dú)供冷。

評(píng)價(jià)復(fù)合式地源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行策略的優(yōu)劣并不完全在于某一時(shí)刻系統(tǒng)能效的最優(yōu)，地源熱泵多年與土壤換熱的穩(wěn)定特性是更基本的要素。每一種運(yùn)行策略都應(yīng)首先有利于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)土壤吸放熱量的基本平衡，使多年后的地埋管出水溫度不會(huì)惡化(過(guò)高或過(guò)低都會(huì)增加地源熱泵機(jī)組停機(jī)風(fēng)險(xiǎn))，保證系統(tǒng)的長(zhǎng)期可靠運(yùn)行。所以判斷上述三種策略哪一種對(duì)于該系統(tǒng)較優(yōu)，需要對(duì)系統(tǒng)多年的地埋管換熱特性進(jìn)行分析計(jì)算，而在這方面，系統(tǒng)的模擬仿真是較實(shí)測(cè)更為有效的研究手段。

4 基于運(yùn)行策略優(yōu)化的復(fù)合式地源熱泵系統(tǒng)仿真模擬

上節(jié)介紹的是運(yùn)行策略1、2、3下的系統(tǒng)運(yùn)行，下文將分別對(duì)對(duì)應(yīng)工況A，B，C進(jìn)行分析。

4.1 復(fù)合式地源熱泵系統(tǒng)仿真模型的搭建

目前常用于暖通空調(diào)系統(tǒng)能量特性和控制特性模擬的仿真軟件主要有:HVACSIM+，TRNSYS等。該類軟件以整個(gè)系統(tǒng)中各部件為單元，按照各部件的壓力、流動(dòng)方程及質(zhì)量能量平衡等進(jìn)行計(jì)算，因此適用于系統(tǒng)的整體分析和運(yùn)行控制設(shè)計(jì)。以TRNSYS軟件作為模擬平臺(tái)，建立地源熱泵系統(tǒng)的仿真模型，如下圖8所示。

將建筑的全年冷負(fù)荷按照不同的運(yùn)行策略根據(jù)流量進(jìn)行分配，冬季熱負(fù)荷全部由地源熱泵機(jī)組承擔(dān)，將地源熱泵子系統(tǒng)所承擔(dān)的全年負(fù)荷，傳輸給簡(jiǎn)化的空調(diào)末端進(jìn)行計(jì)算，熱泵機(jī)組的參數(shù)按照實(shí)際樣本設(shè)置，地埋管換熱器和水泵的參數(shù)依照工程實(shí)際設(shè)置。系統(tǒng)模擬步長(zhǎng)1 h，計(jì)算時(shí)間87600 h(10年)，并設(shè)定系統(tǒng)以夏季制冷工況先開(kāi)始運(yùn)行。下表2是系統(tǒng)仿真模型地埋管換熱器模塊的基本參數(shù)設(shè)置情況。

圖8地源熱泵系統(tǒng)仿真模型示意圖Fig．8 Schematic diagram of simulation model

4.2 系統(tǒng)仿真模型驗(yàn)證

以機(jī)組實(shí)際承擔(dān)的負(fù)荷作為系統(tǒng)模型的負(fù)荷輸入，將2012年6月22日8:00—2012年6月26日8:00四天的模擬和實(shí)際運(yùn)行結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，對(duì)該系統(tǒng)仿真模型進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果如下圖9所示。

表2地埋管換熱器模塊的基本參數(shù)設(shè)置Tab．2 Parameters of the ground heat exchanger module

圖9系統(tǒng)模型的實(shí)測(cè)驗(yàn)證Fig．9 Validation of the system model

圖9的結(jié)果顯示，地埋管進(jìn)出水溫度的模擬值和實(shí)測(cè)結(jié)果基本吻合，地埋管進(jìn)水溫度最大誤差為4.30%，地埋管出水溫度最大誤差4.07%，均小于5%，說(shuō)明了該系統(tǒng)仿真模型的可靠性。

4.3 模擬運(yùn)行結(jié)果

圖10～圖12分別對(duì)應(yīng)工況A，B，C 10年的地埋管進(jìn)出水溫度和土壤溫度變化，反映了其10年的地埋管換熱特性。

圖10工況A運(yùn)行10年地埋管進(jìn)出水溫度和土壤溫度變化Fig．10 Heat transfer characteristics of ground heat exchanger for 10 years on Case A

圖11工況B運(yùn)行10年地埋管進(jìn)出水溫度和土壤溫度變化Fig．11 Heat transfer characteristics of ground heat exchanger for 10 years on Case B

圖12工況C運(yùn)行10年地埋管進(jìn)出水溫度和土壤溫度變化Fig．12 Heat transfer characteristics of ground heat exchanger for 10 years on Case C

表3三種工況運(yùn)行10年結(jié)果對(duì)比Tab．3 Comparison of simulation results on the three cases

4.4 結(jié)果分析與討論

工況A對(duì)應(yīng)的運(yùn)行策略為:夏季以冷水機(jī)組優(yōu)先制冷，地源熱泵機(jī)組進(jìn)行調(diào)峰。由圖10和表3的模擬結(jié)果，在這一運(yùn)行策略下，地源熱泵系統(tǒng)夏季運(yùn)行工況最優(yōu)，但對(duì)土壤的釋熱量不足，同時(shí)期土壤溫度和地埋管進(jìn)出水溫度呈現(xiàn)連年下降趨勢(shì)，10年土壤溫度下降4.25℃，在冬季制熱工況下，地埋管的出水溫度下降較快，機(jī)組制熱平均COP最低。

工況B對(duì)應(yīng)的運(yùn)行策略為:夏季以地源熱泵機(jī)組優(yōu)先制冷，并且地源熱泵機(jī)組連續(xù)運(yùn)行。由圖11和表3的模擬結(jié)果，在這一運(yùn)行策略下，地源熱泵系統(tǒng)表現(xiàn)出夏季釋熱量過(guò)剩，制冷季后期的運(yùn)行工況較差，地埋管的出水溫度都保持在較高水平，機(jī)組制冷平均COP最低，同時(shí)期土壤溫度和地埋管進(jìn)出水溫度呈現(xiàn)連年上升趨勢(shì)，10年土壤溫度上升6.80℃，但充足的土壤夏季蓄熱也使該運(yùn)行策略下冬季制熱工況運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)最小。

工況C對(duì)應(yīng)的運(yùn)行策略為:夏季高負(fù)荷時(shí)段以地源熱泵機(jī)組優(yōu)先制冷，但在冷負(fù)荷較低的子夜0點(diǎn)到清晨6點(diǎn)，地源熱泵機(jī)組停機(jī)6 h，期間由冷水機(jī)組單獨(dú)供冷。由圖12和表3的模擬結(jié)果，在這一運(yùn)行策略下，地源熱泵系統(tǒng)土壤熱平衡狀況較好，同時(shí)期10年的土壤溫度變化不足1℃，并且單個(gè)制冷季內(nèi)土壤溫度和地埋管出水溫度變化較為平緩，較工況B有明顯的降低，其冬季制熱工況機(jī)組的平均COP值介于工況A和工況B之間。

綜合以上的分析，從系統(tǒng)多年穩(wěn)定運(yùn)行的角度考慮，工況C對(duì)應(yīng)的運(yùn)行策略3是對(duì)該系統(tǒng)較優(yōu)的運(yùn)行策略:以冷水機(jī)組優(yōu)先制冷的運(yùn)行策略1，使系統(tǒng)在冬季穩(wěn)定運(yùn)行的可靠性降低，再加上大型公共建筑冬季有相當(dāng)數(shù)量的無(wú)組織通風(fēng)，可能會(huì)加劇這一變化;以地源熱泵機(jī)組優(yōu)先制冷并連續(xù)運(yùn)行的運(yùn)行策略2，會(huì)使制冷季末期的運(yùn)行工況惡化，多年之后更為明顯，同時(shí)夏季地源熱泵的過(guò)度運(yùn)行降低了地源熱泵在夏季的能效，對(duì)于以冷負(fù)荷為主導(dǎo)的地區(qū)而言，這是不利于系統(tǒng)節(jié)能的;而在地源熱泵機(jī)組優(yōu)先制冷并夜間間歇的運(yùn)行策略3下，地源熱泵間歇運(yùn)行保證了地埋管短期較好的換熱特性，而適度的地源熱泵運(yùn)行份額使地埋管周圍土壤多年的溫度變化較小，地埋管長(zhǎng)期的換熱特性也較為穩(wěn)定，地埋管出水溫度惡化、系統(tǒng)失效的風(fēng)險(xiǎn)最小。

5 結(jié)論

通過(guò)實(shí)測(cè)和模擬的手段，基于運(yùn)行策略對(duì)復(fù)合冷水機(jī)組的某地源熱泵系統(tǒng)地埋管的換熱特性以及機(jī)組性能進(jìn)行了分析研究，主要結(jié)論如下:

1)在制冷季地源熱泵基本連續(xù)運(yùn)行的策略下，地源熱泵地埋管的進(jìn)出水溫度保持整體的上升趨勢(shì)，運(yùn)行后期出水溫度超過(guò)34℃，換熱溫差逐漸減小，由初期的5.04℃降低到3.89℃，土壤溫升明顯。

2)地埋管進(jìn)水溫度變化和地源熱泵機(jī)組承擔(dān)的負(fù)荷有十分密切的關(guān)系，短期的降低地源熱泵負(fù)荷或是機(jī)組停機(jī)間歇有利于地溫恢復(fù)，改善下一運(yùn)行階段的土壤換熱。

3)復(fù)合式地源熱泵系統(tǒng)仿真模擬結(jié)果表明，對(duì)于該復(fù)合式地源熱泵系統(tǒng)，在夏季以冷水機(jī)組優(yōu)先或地源熱泵機(jī)組優(yōu)先運(yùn)行的策略下，土壤多年溫度變化較大，不利于系統(tǒng)多年穩(wěn)定的運(yùn)行;而夏季高負(fù)荷時(shí)段以地源熱泵機(jī)組優(yōu)先制冷，在冷負(fù)荷較低的夜間時(shí)段地源熱泵機(jī)組停機(jī)間歇的運(yùn)行方案是較優(yōu)的策略，該運(yùn)行策略下10年后土壤溫度的變化不足1℃，這對(duì)相同氣候區(qū)相似建筑的同類型系統(tǒng)具有重要借鑒意義。

本文受華東地區(qū)大型客站地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)研究(2011090)項(xiàng)目資助。(The project was supported by the Research on Ground Source Heat Pump System of Large Railway Station in East China(No．2011090)．)

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