杭州地區(qū)大型地源熱泵系統(tǒng)全年運(yùn)行性能研究

席加，秦祥熙，李少華，李勇*，王如竹

（1-上海交通大學(xué)，上海 200240；2-浙江省地質(zhì)調(diào)查院，浙江杭州 311203）

杭州地區(qū)大型地源熱泵系統(tǒng)全年運(yùn)行性能研究

席加*1，秦祥熙2，李少華2，李勇**1，王如竹1

（1-上海交通大學(xué)，上海 200240；2-浙江省地質(zhì)調(diào)查院，浙江杭州 311203）

本文以杭州地區(qū)某高層建筑地源熱泵系統(tǒng)為實(shí)驗(yàn)平臺，對全年一個(gè)完整的供冷、供暖周期內(nèi)地源熱泵的運(yùn)行性能進(jìn)行了測試分析。運(yùn)行結(jié)果表明，在杭州市的氣候條件下，該地源熱泵系統(tǒng)機(jī)組平均COP為供冷季5.0、供暖季4.5。通過定量分析機(jī)組和水泵能耗，發(fā)現(xiàn)本系統(tǒng)水泵能耗占整個(gè)系統(tǒng)的能耗比達(dá)到40%以上；通過定量分析該地源熱泵系統(tǒng)與土壤間的傳熱量，驗(yàn)證了長江三角洲地區(qū)地源熱泵系統(tǒng)與土壤間的熱交換不平衡現(xiàn)象，該系統(tǒng)全年熱不平衡率為35.4 %，由此可能產(chǎn)生“熱堆積”現(xiàn)象。最后，本文對如何研究“熱堆積”對周圍環(huán)境的影響做出了展望，并對改善系統(tǒng)運(yùn)行性能提出了幾點(diǎn)建議。

地源熱泵系統(tǒng)；全年運(yùn)行性能；系統(tǒng)能耗分析；熱堆積

0 引言

地源熱泵作為一種清潔、可再生的新能源技術(shù)在能源的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略中起著重要作用。相關(guān)政策表明，“十三五”期間，我國將積極開發(fā)利用地?zé)崮艿刃履茉?，并在長江中下游推廣地源熱泵供暖制冷應(yīng)用。因此，針對便于推廣的大型地源熱泵系統(tǒng)的研究十分重要。目前國內(nèi)對于地源熱泵的研究主要在高校中進(jìn)行。湯志遠(yuǎn)等[1]對我國地源熱泵技術(shù)的研究進(jìn)展和產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)行了探討；武曈等[2]對地源熱泵的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀做了總結(jié)；曲云霞[3]利用能量守恒和質(zhì)量守恒原理建立了一個(gè)地源熱泵系統(tǒng)仿真模型，并利用某地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)做了夏季冬季運(yùn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證；許磊[4]通過FLUENT軟件模擬地埋管附近地下水滲流的情形；劉歡[5]通過層次分析法與多元線性回歸分析相結(jié)合，建立了地源熱泵綜合性能評價(jià)指標(biāo)并對具體實(shí)際工程進(jìn)行了評價(jià)。國外方面，MONTAGUD等[6]對歐洲某一辦公樓地源熱泵供冷供熱項(xiàng)目進(jìn)行了為期五年的運(yùn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測；HACKEL等[7]利用TRNSYS軟件對一種混合式地源熱泵系統(tǒng)進(jìn)行了模擬研究。CAMDALI等[8]以Bolu地源熱泵工程項(xiàng)目為背景，在MATLAB環(huán)境下進(jìn)行了數(shù)值模擬，并將模擬結(jié)果和Solkane Refrigerant軟件模擬結(jié)果進(jìn)行了對比。

由于大型系統(tǒng)現(xiàn)場數(shù)據(jù)長期監(jiān)測的不便性，國內(nèi)外研究對象多是小規(guī)模的地源熱泵系統(tǒng)，或是針對大型系統(tǒng)的軟件模擬，缺乏對大型系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)的測量和分析。與此同時(shí)，國內(nèi)的大型系統(tǒng)應(yīng)用很多，因此對大型地源熱泵系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)的測量以及運(yùn)行特點(diǎn)和能效分析就顯得相當(dāng)重要。本文以杭州某大型地源熱泵系統(tǒng)為實(shí)驗(yàn)平臺，建立了大型地源熱泵系統(tǒng)的現(xiàn)場監(jiān)測，從實(shí)際工程的角度，給地源熱泵系統(tǒng)在長江三角洲地區(qū)的推廣提供建議。

1 系統(tǒng)介紹

本文中的監(jiān)測工程為浙江省科技信息綜合樓（圖1），位于杭州市濱江區(qū)。建筑設(shè)計(jì)規(guī)模為22,091 m2，其中地上建筑為五層，建筑面積17,642 m2，局部設(shè)一層地下室，建筑面積為4,449 m2。

圖1 浙江省科技信息綜合樓

該地源熱泵系統(tǒng)的地埋換熱管采用雙U型豎埋，管材采用HDPE100管，地埋管熱交換孔布置在建筑周圍空地處，從地表算起的有效深度為150 m，孔間距4 m，共201個(gè)熱交換孔，具體布置如圖2所示。每個(gè)房間采用單獨(dú)控制的風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)，主機(jī)采用兩臺相同型號的螺桿式地源熱泵機(jī)組，最高制冷、制熱功率分別可達(dá)930 kW和940 kW，系統(tǒng)運(yùn)行原理如圖3所示。冷熱水機(jī)組采用水-水螺桿冷熱水機(jī)組2臺，水泵包括用戶端空調(diào)冷熱水循環(huán)泵和地埋管端冷卻水泵各3臺（2用1備），機(jī)組的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)工況性能如表1。監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測的數(shù)據(jù)包括溫度、壓力、流量、用電量。

圖2 地埋管熱交換孔俯視圖（圓圈為熱交換孔截面）

圖3 系統(tǒng)運(yùn)行原理圖

表1 熱泵機(jī)組設(shè)計(jì)工況參數(shù)

2 實(shí)驗(yàn)測試及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

2.1 測試儀器

測試工作從2015年春季開始至2016年春季截止，測量參數(shù)主要包括用戶端和地源端水溫、流量，以及機(jī)組和水泵耗電量。水溫采用PT1000鉑電阻溫度變送器采集，精度為±0.05 ℃；流量采用DWM2000型電磁流量計(jì)，精度±1%；機(jī)組及水泵耗電量用精度為±1%鉗形功率表計(jì)量。

2.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)介紹

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)首先由相關(guān)傳感器、數(shù)據(jù)采集器完成數(shù)據(jù)采集工作，然后數(shù)據(jù)采集器將相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)送到電腦并通過西門子WINCC軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)展示，而后將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)測總站。最后，在監(jiān)測總站電腦端使用美國Iconcions公司的GENESIS64軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的最終處理、展示、儲存。數(shù)據(jù)儲存頻率可自由設(shè)定，本次測試的系統(tǒng)設(shè)計(jì)為每5 min儲存一次數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)保存年限為3年。

3 全年運(yùn)行性能結(jié)果

3.1 系統(tǒng)分析指標(biāo)

系統(tǒng)的分析指標(biāo)主要有3個(gè)。一是系統(tǒng)的冷熱負(fù)荷，夏季制冷時(shí)體現(xiàn)為制冷量，冬季供暖時(shí)體現(xiàn)為供暖量，冷熱負(fù)荷直接體現(xiàn)了對系統(tǒng)制冷和供暖能力的要求；二是地埋換熱器側(cè)熱流量，夏季制冷時(shí)表示系統(tǒng)向地排熱量，冬季供暖時(shí)表示系統(tǒng)從地吸熱量，地埋換熱器側(cè)熱流量對地下溫度場的影響很大，直接或間接地影響了周圍的生態(tài)環(huán)境，是該系統(tǒng)與環(huán)境熱傳遞的主要部分；三是機(jī)組或系統(tǒng)的能效比（COP），機(jī)組能效比為制冷量（供暖量）與機(jī)組耗電量之比，系統(tǒng)能效比為制冷量（供暖量）與系統(tǒng)總耗電量（包括機(jī)組和水泵耗電量）之比，能效比直接反映了機(jī)組或系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率，是評價(jià)一個(gè)熱泵系統(tǒng)好壞最為直接的性能指標(biāo)。3個(gè)分析指標(biāo)的計(jì)算公式如下：

式中：

Q1——制冷（供暖）量，kW·h；

ρ1——用戶端水密度，kg/m3；

V1——用戶端水流量，m3/s；

cp1——用戶端水比熱容，kJ/(kg·℃)；

T2——用戶端回水溫度，℃；

T1——用戶端供水溫度，℃；

t——系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間，h。

式中：

Q2——放熱（吸熱）量，kW·h；

ρ2——地源端水密度，kg/m3；

V2——地源端水流量，m3/s；

cp2——地源端水比熱容，kJ/(kg·℃)；

T2′——地源端供水溫度，℃；

T1′——地源端回水溫度，℃；

t——系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間，h。

式中：

COP——能效比，無量綱；

Q1——制冷（供暖）量，kW·h；

W——機(jī)組或系統(tǒng)耗電量，kW·h。

3.2 供冷季、供暖季典型日地源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行性能

為了更加具體地體現(xiàn)地源熱泵系統(tǒng)在各季的運(yùn)行特性，本文在供冷季和供暖季分別選取了一個(gè)典型日進(jìn)行計(jì)算分析。供冷季典型日為2015年7月20日，室外溫度(26～32) ℃，平均相對濕度63%～92%，系統(tǒng)當(dāng)日運(yùn)行8.75 h。該典型日各時(shí)刻用戶端與地源端的進(jìn)出口水溫如圖4所示。用戶端供、回水溫度分別穩(wěn)定在12 ℃、14 ℃左右，溫度差范圍為(1.8～2.4) ℃，溫度差平均值為1.9 ℃。地源端供、回水溫度分別穩(wěn)定在30 ℃、25 ℃左右，溫度差范圍為(5.0～5.8) ℃，溫度差平均值為5.1 ℃。與之相對應(yīng)的用戶端和地源端的日均水流量分別為296 m3/h、161 m3/h。由式(1)和式(2)可得制冷量Q1的值為5,777 kW·h，地埋管換熱器放熱量Q2的值為8,422 kW·h。通過電表數(shù)據(jù)得當(dāng)日系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間內(nèi)機(jī)組耗電量1,004 kW·h，根據(jù)機(jī)組耗電量和制冷量，由式(3)可得當(dāng)日機(jī)組的能效比COP值為5.76。

供暖季典型日為2016年1月5日，室外溫度(7～9) ℃，平均相對濕度89%～98%，系統(tǒng)當(dāng)日運(yùn)行8.42 h。該典型日各時(shí)刻用戶端與地源端的進(jìn)出口水溫如圖5所示。用戶端供、回水溫度差平均值為2.7 ℃，地源端供、回水溫度差平均值為2.4 ℃。用戶端和地源端的日均水流量分別為245 m3/h、176 m3/h，可得供熱量Q1的值為6,515 kW·h, 地埋管換熱器吸熱量Q2的值為4,131 kW·h。通過電表數(shù)據(jù)得當(dāng)日系統(tǒng)運(yùn)行期間內(nèi)機(jī)組耗電量1,389 kW·h，可得當(dāng)日機(jī)組的能效比COP值為4.69。當(dāng)日水泵耗電量為751 kW·h，可得當(dāng)日系統(tǒng)能效比COP值為3.0。

3.3 供冷季運(yùn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果

本文中的地源熱泵系統(tǒng)供冷季為2015年6月15日至2015年9月24日，這段時(shí)間杭州氣候?yàn)檠谉岬南募荆到y(tǒng)于每個(gè)工作日內(nèi)運(yùn)行并向室內(nèi)供冷。由于該系統(tǒng)用于企事業(yè)單位大樓，周末及法定節(jié)假系統(tǒng)不運(yùn)行，加上個(gè)別天數(shù)據(jù)傳輸故障，整個(gè)供冷季有效計(jì)算天數(shù)為47天，平均每天供冷量4,297 kW·h，向地下排熱量6,102 kW·h，機(jī)組耗電量865 kW·h。在該周期內(nèi)，機(jī)組COP在2.4～6.7之間波動，基本維持在4～6之間，平均值為5.0。供冷季部分天機(jī)組COP、日平均氣溫、機(jī)組耗電量、制冷量和排熱量變化情況如圖6所示。

由圖6看出，系統(tǒng)制冷量和機(jī)組耗電量隨著室外平均溫度增減而呈同步增減趨勢。同樣，用戶供回水溫差也隨室外環(huán)境溫度升高有明顯的增大趨勢（圖7）。原因是在供冷季，室外溫度越高，室內(nèi)外溫差越大，冷負(fù)荷則越大，而在水泵為恒功率運(yùn)行的情況下導(dǎo)致用戶側(cè)供回水溫差、機(jī)組耗電量隨之增大以保證室內(nèi)達(dá)到設(shè)定的最舒適溫度。由此可以看出，室內(nèi)人員、設(shè)備對熱負(fù)荷的影響不大，熱負(fù)荷主要受室外溫度的影響。機(jī)組最高COP出現(xiàn)在8月11日，最低COP出現(xiàn)在8月13日，正好分別出現(xiàn)在運(yùn)行時(shí)間最長和運(yùn)行時(shí)間最短的天。這是因?yàn)橄到y(tǒng)啟動時(shí)需要預(yù)熱，該階段耗電量較大，且系統(tǒng)尚未開始正常制冷，導(dǎo)致運(yùn)行時(shí)間較短的那天單位時(shí)間耗能更多，從而使得機(jī)組COP降低。

圖4 供冷季典型日（7月20日）進(jìn)出口水溫及室外溫度變化

圖5 供暖季典型日（1月5日）進(jìn)出口水溫及室外溫度變化

圖6 供冷季運(yùn)行情況

圖7 供冷季用戶供回水溫差隨室外平均溫度變化關(guān)系

3.4 供暖季運(yùn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果

供暖季時(shí)段為2015年11月11日至2016年4月5日，系統(tǒng)于每個(gè)工作日內(nèi)運(yùn)行并向室內(nèi)供暖。除去假期系統(tǒng)不運(yùn)行及個(gè)別天數(shù)據(jù)傳輸故障，整個(gè)供暖季有效計(jì)算天數(shù)為50天，平均每天供暖量5,237 kW·h，從地下吸熱量3,263 kW·h，機(jī)組耗電量1,161 kW·h。供暖季內(nèi)還對各水泵的耗電量進(jìn)行了測量，平均每天水泵耗電量為759 kW·h。在該周期內(nèi)，機(jī)組COP在2.0～5.8波動，基本維持在4～5，平均值為4.5；系統(tǒng)COP在2.2～3.5波動，基本維持在2.4～3.2，平均值為2.7。供暖季部分天機(jī)組、系統(tǒng)COP，日平均氣溫，機(jī)組、水泵耗電量，供暖量和吸熱量變化情況如圖8所示。

與供冷季相反，供暖季室外溫度越低負(fù)荷越大，系統(tǒng)供暖量、機(jī)組耗電量、水泵耗電量隨著室外平均溫度增減而反向增減。機(jī)組最高COP出現(xiàn)在1月22日，最低COP出現(xiàn)在12月22日。最低COP依舊出現(xiàn)在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間較短的天，這與供冷季運(yùn)行時(shí)一致。該季內(nèi)機(jī)組、系統(tǒng)COP隨室外溫度的降低而增大，并且趨勢較為明顯（圖9）。

圖8 供暖季運(yùn)行情況

圖9 供暖季COP隨室外溫度變化關(guān)系

3.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差分析

由于供冷季典型日和供暖季典型日的測量計(jì)算方法一樣，因此本文只對供冷季典型日誤差分析過程詳細(xì)介紹。

假設(shè)水的物性為常數(shù)，令|T2-T1|=θ1，|T2′-T1′|=θ2。由式(1)～式(3)和誤差傳遞函數(shù)可得供冷量絕對誤差ΔQ1、放熱量絕對誤差ΔQ2、COP絕對誤差ΔCOP分別為：

由于本文中的測量監(jiān)測系統(tǒng)每五分鐘測量記錄一次數(shù)據(jù)，計(jì)算所用水流量和水溫差為日均值，因此水流量絕對誤差ΔV1、ΔV2和水溫差絕對誤差Δθ1、Δθ2為一天n組數(shù)據(jù)絕對誤差的算術(shù)平均誤差，即：

其中，i=1,2,……,n。

由流量計(jì)和溫度傳感器精度計(jì)算可得用戶端水流量絕對誤差ΔV1=2.96 m3/h，地源端水流量絕對誤差ΔV2=1.61 m3/h，用戶端和地源端供回水溫差絕對誤差ΔQ1=ΔQ2=0.1 ℃。由電功率表精度計(jì)算可得機(jī)組耗電量絕對誤差ΔW=10 kW·h。將上述結(jié)果代入式(4)～式(6)可得供冷量絕對誤差ΔQ1=361 kW·h、放熱量絕對誤差ΔQ2=249 kW·h、能效比COP絕對誤差ΔCOP=0.36。

因此供冷季典型日供冷量Q1=(5,777±361) kW·h，相對誤差為6.2%。放熱量Q2=(8,422±249) kW·h，相對誤差為3.0%。能效比COP=5.76±0.36，相對誤差為6.3%。

4 全年運(yùn)行性能分析

4.1 系統(tǒng)全年運(yùn)行的穩(wěn)定性

供冷季機(jī)組平均COP為5.0，略低于機(jī)組設(shè)計(jì)COP（5.36）；供暖季機(jī)組平均COP為4.5，略高于機(jī)組設(shè)計(jì)COP（4.03），但供暖季系統(tǒng)平均COP略低，為2.7；全年周期內(nèi)機(jī)組平均COP為4.8，用戶端和地源端供回水溫差基本穩(wěn)定在(2～3) ℃，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定（表2）。

表2 供冷、供暖季全年運(yùn)行情況

4.2 室外溫度對系統(tǒng)性能的影響

由圖6和圖9可以看出，在一定范圍內(nèi)，系統(tǒng)熱負(fù)荷越大，機(jī)組COP越高。這是由于室外溫度對冷端基本無影響，對熱負(fù)荷影響很大。在熱泵機(jī)組設(shè)計(jì)熱負(fù)荷范圍內(nèi)，機(jī)組內(nèi)壓縮機(jī)等耗能部件在熱負(fù)荷變化時(shí)能耗（W）變化不大，而在低熱負(fù)荷時(shí)供冷熱量（Q1）更低，導(dǎo)致低熱負(fù)荷時(shí)機(jī)組COP較低（公式3）。由表3也可以看出，在供冷季時(shí)，實(shí)際熱負(fù)荷占設(shè)計(jì)熱負(fù)荷的比要比供暖季時(shí)低很多，因此導(dǎo)致了供冷季運(yùn)行機(jī)組COP未達(dá)到設(shè)計(jì)值，而供暖季機(jī)組COP達(dá)到并超過設(shè)計(jì)值。綜上可知，實(shí)際熱負(fù)荷占設(shè)計(jì)熱負(fù)荷的比越大，機(jī)組COP越高。因此，熱泵機(jī)組的選型對機(jī)組COP的影響很大。

表3 供冷、供暖季熱負(fù)荷情況

4.3 水泵能耗對系統(tǒng)COP的影響

供暖季水泵耗電量的監(jiān)測結(jié)果顯示，在整個(gè)供暖季內(nèi)，水泵耗電量占系統(tǒng)總耗電量之比的平均值為40%，并且隨著水泵耗電量占總耗電量比例越高，系統(tǒng)的COP越低（圖10）。由運(yùn)行情況也可以看出，雖然供暖季內(nèi)機(jī)組的COP達(dá)到4.5，但由于水泵的高能耗導(dǎo)致系統(tǒng)的COP只有2.7。因此，水泵能耗是影響系統(tǒng)COP的重要因素，如何降低水泵耗電比對提升整個(gè)系統(tǒng)的綜合性能顯得尤其重要。

圖10 系統(tǒng)COP隨水泵耗電量占總耗電量比變化關(guān)系

4.4 地源熱泵與土壤之間的換熱不平衡現(xiàn)象

很多文獻(xiàn)中都已經(jīng)指出，在寒冷地區(qū)，地源熱泵供暖季從土壤吸收的熱量遠(yuǎn)高于供冷季向土壤排出的熱量[9-10]。而在如杭州氣候條件下的夏熱冬冷地區(qū)，地源熱泵供冷季向土壤排出的熱量遠(yuǎn)高于供暖季從土壤吸收的熱量[11-12]。特別是在大型公共建筑中，地源熱泵與土壤間的熱平衡是影響熱泵系統(tǒng)持久穩(wěn)定運(yùn)行的至關(guān)重要的因素[13]。但是很多的熱不平衡現(xiàn)象是在模擬實(shí)際項(xiàng)目的基礎(chǔ)上估算得出的[14-15]，缺乏對大型系統(tǒng)實(shí)際監(jiān)測并定量計(jì)算。本文在未采用熱恢復(fù)技術(shù)的前提下，定量地分析了在一個(gè)供冷、供暖全周期內(nèi)地源熱泵與土壤間的換熱情況（表4，正為向土壤排熱，負(fù)為從土壤吸熱）。由于監(jiān)測過程中數(shù)據(jù)傳輸偶爾出現(xiàn)異常情況，得到供冷季有效數(shù)據(jù)47天，供暖季50天，由此可以求得日均換熱量。而實(shí)際供冷季為72天，供暖季為87天，由日均換熱量即可推算出各季總換熱量。從表中可以看出，供冷季地源熱泵向土壤日均排熱量為21.97 GJ，供暖季從土壤日均吸熱量為11.75 GJ，日均熱不平衡率為46.5%；供冷季地源熱泵向土壤總排熱量為1,582 GJ，供暖季從土壤總吸熱量為1,022 GJ，全年地源熱泵向土壤凈排熱量為560 GJ，熱不平衡率為35.4%。熱量每年不斷地向土壤堆積，產(chǎn)生“熱堆積”現(xiàn)象，這與其它文獻(xiàn)中得出的值和結(jié)論一致[11-12]。值得注意的是，由于該系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行時(shí)供暖季時(shí)間要比供冷季時(shí)間長，因此實(shí)際全年的熱不平衡率比文獻(xiàn)中預(yù)測的略低。即便如此，該地源熱泵系統(tǒng)全年向土壤凈排熱量還是相當(dāng)可觀，如此大的熱不平衡對地下溫度場、周圍環(huán)境會產(chǎn)生何種影響，如何緩解這種影響將是影響我們今后推廣利用該技術(shù)的關(guān)鍵。

表4 地源熱泵與土壤熱交換情況

5 結(jié)論

本文在長江三角洲地區(qū)具有夏熱冬冷氣候的代表性城市杭州進(jìn)行了為期一年的大型地源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)測，運(yùn)行結(jié)果表明：1）該系統(tǒng)全年運(yùn)行時(shí)供回水溫差穩(wěn)定，能夠向用戶提供穩(wěn)定的熱能或冷能；2）室外溫度對冷端基本無影響，對熱負(fù)荷影響很大；夏季室外溫度越高，系統(tǒng)熱負(fù)荷越大，機(jī)組COP越高；冬季室外溫度越低，系統(tǒng)熱負(fù)荷越大，機(jī)組COP越高；實(shí)際冷熱負(fù)荷占設(shè)計(jì)冷熱負(fù)荷的比越大，機(jī)組COP越高；因此選用機(jī)組功率可隨熱負(fù)荷變化的變頻熱泵機(jī)組可有效地提高機(jī)組COP，減少機(jī)組能耗；3）該系統(tǒng)水泵能耗占本系統(tǒng)能耗比重很大；選擇變頻水泵、降低水泵耗電比，可以有效地提高系統(tǒng)COP，減少系統(tǒng)能耗；4）在夏熱冬冷的長江三角洲地區(qū)，地源熱泵系統(tǒng)與土壤間產(chǎn)生的熱交換不平衡現(xiàn)象顯著，易導(dǎo)致“熱堆積”現(xiàn)象。該地源熱泵系統(tǒng)全年與土壤換熱的熱不平衡率為35.4%。因此，為了研究這種現(xiàn)象對周圍環(huán)境產(chǎn)生的影響，對周圍環(huán)境的熱流分析顯得尤其重要。事實(shí)上，該地源熱泵項(xiàng)目已經(jīng)布置了地下溫度場的監(jiān)測系統(tǒng)，今后我們將對該系統(tǒng)的地下溫度場和地下熱流情況進(jìn)行分析。

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Research on Annual Operation Performance of Large Scale Ground Source Heat Pumps in Hangzhou

XI Jia*1, QIN Xiangxi2, LI Shaohua2, LI Yong**1, WANG Ruzhu1
(1- Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China; 2- Zhejiang Institute of Geological Survey, Hangzhou, Zhejiang 311203, China)

The annual operating performance of ground source heat pump system (GSHPs) applied in a high-rise office building was tested and analyzed. The actual operation results show that the average COP (Coefficient of Performance) of heat pump units is 5.0 in cooling season and 4.5 in heating season. The result of analysis shows that the water pump accounts for a great proportion of system power consumption (40%). In addition, from a quantitative analysis of heat transfer between the GSHPs and the ground, the total heat absorbed from the soil would be lower than that rejected to the soil by 35.4 % during the one year operation and the heat unbalance between GSHPs and soil which may lead to “heat accumulation” in the Yangtze River Delta region has been validated. Finally, some suggestions are given to investigate the influence of “heat accumulation” to the environment, so as to improve the system performance.

Ground source heat pump system; Annual operating performance; System power consumption analysis; Heat accumulation

10.3969/j.issn.2095-4468.2017.01.204

*席加（1992-），男，碩士研究生，主要從事地源熱泵、太陽能等新能源應(yīng)用研究。

**李勇（通信作者），男，副教授，博士。研究方向：可再生能源利用。聯(lián)系地址：上海市東川路800號機(jī)械動力A樓，郵編200240。聯(lián)系電話：021-34206056。Email：liyo@sjtu.edu.cn。

國家自然科學(xué)基金國際（地區(qū)）合作與交流項(xiàng)目（No. 5151101162）。

本論文選自2016年第九屆全國制冷空調(diào)新技術(shù)研討會。