嚴(yán)寒地區(qū)地源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行后評(píng)估及優(yōu)化模擬分析.pdf

1、國內(nèi)工業(yè)化程度不斷增速，國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長，人們對(duì)供暖需求及室內(nèi)舒適性要求越發(fā)強(qiáng)烈。近幾年由于燃煤供暖面積的增加，導(dǎo)致空氣質(zhì)量變差。尤其是在嚴(yán)寒地區(qū)冬季供暖時(shí)間長，燃煤量大，急需新能源代替?zhèn)鹘y(tǒng)燃煤鍋爐供暖方式，在此大環(huán)境下近幾年地源熱泵技術(shù)在實(shí)際工程中得到了大面積的推廣應(yīng)用。而地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)在市場(chǎng)剛剛起步的幾年中，由于市場(chǎng)的不規(guī)范使得系統(tǒng)在設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行中存在的潛在問題也逐漸暴露出來，特別是在嚴(yán)寒地區(qū)的地源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行問題最為突出。<

2、br>　　單一的地源熱泵系統(tǒng)在我國嚴(yán)寒地區(qū)的應(yīng)用普遍存在全年地下冷熱不平衡等問題。而地下冷熱不平衡將導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)一系列的問題。因此有必要對(duì)嚴(yán)寒地區(qū)的在運(yùn)行的地源熱泵系統(tǒng)提出相應(yīng)的系統(tǒng)診斷評(píng)價(jià)方法及找到目前系統(tǒng)普遍存在的問題，并根據(jù)診斷問題提出嚴(yán)寒地區(qū)現(xiàn)有地源熱泵系統(tǒng)的節(jié)能改造方向?；诖吮疚囊陨轿魇”辈吭谶\(yùn)行的一個(gè)貨運(yùn)火車站地源熱泵系統(tǒng)工程為調(diào)研對(duì)象，首先通過現(xiàn)場(chǎng)勘察結(jié)果進(jìn)行初步評(píng)估，對(duì)地源熱泵機(jī)房進(jìn)行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)，建立一套完整的數(shù)

3、據(jù)采集系統(tǒng)。通過監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行一個(gè)采暖季和空調(diào)季的數(shù)據(jù)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行性能分析及地下熱平衡狀態(tài)的計(jì)算與分析，最后根據(jù)測(cè)試結(jié)果對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行后評(píng)估研究。本文采用了現(xiàn)場(chǎng)診斷，實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，以及后期的數(shù)據(jù)分析，模擬優(yōu)化等一系列的診斷技術(shù)，根據(jù)診斷結(jié)果，發(fā)現(xiàn)該地源熱泵系統(tǒng)存在如下幾點(diǎn)問題:
　　(1)地埋管側(cè)全年地下冷熱不平衡問題嚴(yán)重;由于地源熱泵系統(tǒng)使用受氣候地域影響較大，車站處于嚴(yán)寒地區(qū)，冬季供暖時(shí)間明顯長于夏季供冷時(shí)間，導(dǎo)致系統(tǒng)從地下取熱遠(yuǎn)

4、大于向地下放熱，全年累計(jì)取熱量為放熱量的3倍之多;
　　(2)地埋管數(shù)量冬、夏季不匹配的問題，夏季富裕，冬季不足。同時(shí)為了保證冬季的回水溫度不能過低，采用了大流量循環(huán)水泵，導(dǎo)致冬夏季大流量小溫差;
　　(3)運(yùn)行管理不科學(xué)合理以及缺乏必要的自控及監(jiān)測(cè)設(shè)備，如地埋管側(cè)水泵與機(jī)組未實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，在制冷主機(jī)達(dá)到制冷要求停機(jī)時(shí)地埋管側(cè)循環(huán)水泵始終處于高能耗運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。
　　通過測(cè)試分析結(jié)果可知，整個(gè)地源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行效率低。夏季系統(tǒng)制

5、冷COP為1.8，冬季低至1.4，冬季供暖每平米耗熱量指標(biāo)達(dá)到0.33GJ，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過當(dāng)?shù)毓?jié)能標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的每平米0.24GJ的指標(biāo)。
　　本文還對(duì)現(xiàn)有地源熱泵系統(tǒng)與常規(guī)系統(tǒng)（燃煤鍋爐+水冷冷水機(jī)組）和原有燃煤系統(tǒng)進(jìn)行性能對(duì)比，評(píng)價(jià)整個(gè)地源熱泵系統(tǒng)的使用效果、節(jié)能效益、環(huán)保效益及經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)利用GS-1.0地埋管換熱器專業(yè)模擬軟件模擬該系統(tǒng)的地下溫度場(chǎng)和系統(tǒng)耗能，根據(jù)模擬結(jié)果確定該項(xiàng)目節(jié)能改造方向與潛力并提出如下改造措施:
　　

6、(1)增加空氣源熱泵作為輔助熱源解決系統(tǒng)取放熱不平衡問題;并通過對(duì)不同運(yùn)行控制策略下地埋管熱平衡的全年模擬提出合理的運(yùn)行策略;
　　(2)對(duì)于夏季而言，系統(tǒng)埋管數(shù)量設(shè)計(jì)過多，將埋管區(qū)域分區(qū)運(yùn)行，緩解地下熱平衡問題的同時(shí)也提高管內(nèi)對(duì)流換熱效率;
　　(3)建議優(yōu)化水泵選型，提高系統(tǒng)自動(dòng)控制調(diào)節(jié)能力，并提供了現(xiàn)場(chǎng)管理人員規(guī)范化、科學(xué)化以及高效化管理機(jī)房。
　　通過以上研究結(jié)果表明:單純靠增大埋管數(shù)量不能從根本上有效地解決嚴(yán)

7、寒地區(qū)地源熱泵系統(tǒng)冬、夏季冷熱負(fù)荷不平衡的問題。而要使地源熱泵系統(tǒng)在嚴(yán)寒地區(qū)保持較高的運(yùn)行效率應(yīng)從維持地下全年熱平衡角度出發(fā)，以滿足夏季負(fù)荷需求為主要指標(biāo)來設(shè)計(jì)地埋管數(shù)量，冬季多余負(fù)荷由輔助熱源來承擔(dān)。如果在偏遠(yuǎn)地區(qū)無合適熱源，冬季供熱必須全部由地源熱泵來承擔(dān)的項(xiàng)目，應(yīng)在經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件允許的條件下，采用過渡季或夏季增設(shè)地埋管蓄熱裝置來補(bǔ)充冬季過度取熱的損失。但對(duì)于這種復(fù)合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)經(jīng)過詳細(xì)的模擬優(yōu)化給出合適的運(yùn)行控制策略方能解決現(xiàn)有系統(tǒng)