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

李鵬斐

【摘要】我國國土遼闊，但是資源稀缺，所以我國在發(fā)展的過程中會盡量節(jié)約能源，多采用自然資源，以達(dá)到節(jié)能的效用。地源熱泵系統(tǒng)是現(xiàn)代常用的供熱系統(tǒng)，其最主要的優(yōu)先就是高效節(jié)能，對周圍環(huán)境無污染，適合各類室內(nèi)供暖。隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，人民可采用仿真軟件模擬系統(tǒng)運行，分析其運行情況，然后對系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化，提高系統(tǒng)性能。本文主要基于運行策略分析某復(fù)合式地源熱泵系統(tǒng)的運行情況，并制定合理的優(yōu)化策略提升系統(tǒng)性能。

【關(guān)鍵詞】運行策略;復(fù)合式地源熱泵系統(tǒng);系統(tǒng)運行;系統(tǒng)優(yōu)化

地源熱泵技術(shù)是我國近年來應(yīng)用較廣的環(huán)保技術(shù)，尤其是土壤源熱泵受到大眾的歡迎，應(yīng)用率較為廣泛，我國研究人員應(yīng)該積極研究該技術(shù)，提升系統(tǒng)性能，在我國進(jìn)一步推廣該技術(shù)。該系統(tǒng)主要調(diào)節(jié)大型公共場所的溫度，利用符合式的地源熱泵代替空調(diào)系統(tǒng)做好控溫工作。研究人員應(yīng)該利用仿真系統(tǒng)對其運行進(jìn)行模擬，分析其優(yōu)化途徑。

1、復(fù)合式地源熱泵系統(tǒng)概述

所謂地源熱泵系統(tǒng)就是一種節(jié)能式控溫系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要借助巖土層、地下水和地表水資源構(gòu)成的供熱系統(tǒng)，該系統(tǒng)可分為水源熱泵機(jī)組、地?zé)崮芙粨Q系統(tǒng)以及建筑物設(shè)備三部分。該系統(tǒng)類型主要有三種，分別為地埋管地源熱泵系統(tǒng)、地下水地源熱泵系統(tǒng)以及地表水地源熱泵系統(tǒng)，本文所研究的是復(fù)合式地源熱泵系統(tǒng)就是利用復(fù)合式地源熱泵作為冷熱源工作的系統(tǒng)。對于此類地源熱泵系統(tǒng)而言，其運行策略非常重要，選擇良好的運行策略，其系統(tǒng)會出現(xiàn)顯著差異，首當(dāng)其沖的就是系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性，如果研究人員為該系統(tǒng)制定的運行策略并不得當(dāng)，該系統(tǒng)的運行效果及運行壽命就會受到影響。目前，很多研究人員都在研究該系統(tǒng)的優(yōu)化，其研究要點在于冷卻塔和地埋管的復(fù)合形式。我國研究人員應(yīng)該充分利用仿真系統(tǒng)模擬該系統(tǒng)的運行策略，以便能得出最佳優(yōu)化方案。

2、復(fù)合式地源熱泵系統(tǒng)運行分析

本次研究的系統(tǒng)主要為復(fù)合型地源熱泵系統(tǒng)，主要由地埋管地源熱泵子系統(tǒng)與冷水機(jī)組+冷水塔子系統(tǒng)構(gòu)成，在冬季主要由地源熱泵子系統(tǒng)承擔(dān)供暖任務(wù)，在夏季需要制冷時則需要系統(tǒng)中的冷水機(jī)組和地源熱泵子系統(tǒng)共同調(diào)節(jié)溫度，聯(lián)合制冷。

2.1數(shù)據(jù)采集及計算

在對該系統(tǒng)運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)督時，需要采用專業(yè)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)，保證系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)。本次數(shù)據(jù)采集是利用該公共建筑空調(diào)系統(tǒng)運營方搭建的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可對復(fù)合型地源熱泵系統(tǒng)運行期間的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，工作人員可根據(jù)其數(shù)據(jù)反饋判斷系統(tǒng)的運行狀態(tài)。在本次數(shù)據(jù)采集過程中，主要采集地源熱泵系統(tǒng)各個設(shè)備機(jī)組的進(jìn)出水溫度和流量，獲取數(shù)據(jù)信息就可完成計算。在夏季時，研究人員可通過獲取機(jī)組的進(jìn)出水溫度和流量判斷地源熱泵機(jī)組和冷水機(jī)組的制冷情況，進(jìn)而計算出該系統(tǒng)在制冷情況下的散熱量。通過能量守恒定律，研究人員就可計算出機(jī)組的性能。

2.2系統(tǒng)運行結(jié)果分析

本文選取某大型公共建筑的復(fù)合式地源熱泵系統(tǒng)在夏季的運行數(shù)據(jù)分析其地埋管性能和設(shè)備運行情況，根據(jù)復(fù)合式地源熱泵系統(tǒng)機(jī)組開啟情況得知該系統(tǒng)在夏季采取的運行策略：在夏季最少開啟一臺地源熱泵機(jī)組，制冷時主要以地源熱泵機(jī)組為主，冷水機(jī)組發(fā)揮輔助作用，兩個設(shè)備機(jī)組共同完成制冷任務(wù)。仔細(xì)判斷系統(tǒng)的運行狀態(tài)可發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)的運行策略與當(dāng)?shù)氐臍夂蛴嘘P(guān)，其主要可分為三個階段，第一階段是剛剛進(jìn)入夏季，系統(tǒng)剛剛進(jìn)入制冷期的狀態(tài)，其冷負(fù)荷不大，整個制冷工作主要由地源熱泵機(jī)組負(fù)責(zé)。通過研究該階段地埋管進(jìn)出水溫度與地源熱泵機(jī)組承載負(fù)荷的變化情況可得知：①在熱泵機(jī)組承受負(fù)荷到一定數(shù)值時，地埋管的進(jìn)出水溫度將會上升，初始上升速率較快，后來會逐漸穩(wěn)定，其穩(wěn)定時間與熱泵機(jī)組承擔(dān)負(fù)荷的數(shù)值成正比，其承擔(dān)負(fù)荷強(qiáng)度越大，穩(wěn)定時間越長。②如果該系統(tǒng)持續(xù)工作，地埋管進(jìn)出水溫度將會受到地源熱泵機(jī)組承擔(dān)負(fù)荷的影響呈現(xiàn)下降趨勢，因為該系統(tǒng)持續(xù)工作，土壤的熱擴(kuò)散能力大于熱泵機(jī)組的冷凝器散熱能力，如果長時間運行，散熱速率較快，當(dāng)附近土壤溫度恢復(fù)常態(tài)時，地埋管的進(jìn)出水溫度將會呈現(xiàn)下降趨勢。進(jìn)入第二階段后，外界溫度較高，制冷工作由地源熱泵機(jī)組和冷水機(jī)組共同負(fù)責(zé)，在該階段，地源熱泵機(jī)組與前一階段對比會出現(xiàn)停機(jī)間歇的時間，并且次數(shù)逐漸在增多。分析地埋管的進(jìn)出水溫度和熱泵機(jī)組承擔(dān)負(fù)荷可得知，在該階段地埋管進(jìn)出水溫度會相對穩(wěn)定，進(jìn)出水溫差也會逐漸減小，這表示該系統(tǒng)地埋管的換熱量逐漸減小。地埋管進(jìn)出水溫度上升導(dǎo)致附近土壤的溫度升高。在地源熱泵機(jī)組停機(jī)期間，系統(tǒng)周圍的土壤會迅速恢復(fù)往常的溫度。進(jìn)入第三階段，地源熱泵機(jī)組會進(jìn)入長時間的運行狀態(tài)，其承擔(dān)的負(fù)荷逐漸增大，地埋水進(jìn)出水溫度也逐漸升高。在該階段，如果使用一臺地源熱泵機(jī)組，地埋管進(jìn)出水溫度明顯下降，如果采用多臺機(jī)組設(shè)備，地埋管進(jìn)出水溫度將會迅速上升，這充分證明機(jī)組承擔(dān)的負(fù)荷與地埋管進(jìn)出水溫度變化存在緊密關(guān)系。

3、復(fù)合式地源熱泵系統(tǒng)優(yōu)化分析

本次研究的復(fù)合式地源熱泵系統(tǒng)的供冷裝置主要包括冷水機(jī)組和地源熱泵系統(tǒng)，兩個機(jī)組相互并聯(lián)，在運行時互不干擾，所以夏季時可將地源熱泵機(jī)組關(guān)閉，利用冷水機(jī)組單獨制冷。復(fù)合式的地源熱泵系統(tǒng)與傳統(tǒng)的地源熱泵系統(tǒng)相比更加靈活、多變。根據(jù)該系統(tǒng)的運行情況分析，如今的運行策略使得夏季地埋管進(jìn)出水溫度上升，周圍土壤難以散熱，導(dǎo)致地源熱泵機(jī)組工作效率不高，所以可采用降低地源熱泵機(jī)組承擔(dān)負(fù)荷份額的方式優(yōu)化系統(tǒng)，即在剛進(jìn)入夏季制冷狀態(tài)時應(yīng)先讓冷水機(jī)組制冷。進(jìn)入盛夏季時，制冷仍要以冷水機(jī)組為主，并在清涼的時段關(guān)閉地源熱泵系統(tǒng)，讓其停機(jī)休息。通過減少地源熱泵機(jī)組運行時間，降低地埋管進(jìn)出水溫度，讓周圍土壤溫度得到恢復(fù)，以便在下一階段能夠?qū)崿F(xiàn)迅速換熱。

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