鉆孔深度對地源熱泵系統(tǒng)性能影響及地埋管結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析.pdf

1、建筑領(lǐng)域能耗在總能耗中大約占有1/3比例，轉(zhuǎn)變建筑領(lǐng)域的發(fā)展模式，將可再生能源與建筑領(lǐng)域相結(jié)合，已經(jīng)成為發(fā)展節(jié)能建筑的必然趨勢。與其他可再生能源相比，淺層地?zé)崮芫哂匈Y源儲量豐富、能源供應(yīng)穩(wěn)定、開發(fā)技術(shù)相對成熟、開發(fā)成本相對低廉等眾多優(yōu)勢，理應(yīng)得到大力推廣。但在地源熱泵系統(tǒng)實(shí)際工程應(yīng)用中，單U型地埋管所需地表面積約為建筑空調(diào)面積的1/5~1/3，同時地源熱泵的初投資較高，只鉆孔費(fèi)用就約占系統(tǒng)初投資的1/3。故如何更有效的利用地表面積、強(qiáng)化

2、地埋管的換熱性能是地源熱泵技術(shù)發(fā)展的核心課題。
　　本文基于天津市氣象數(shù)據(jù)，利用TRNSYS計算出建筑物逐時負(fù)荷并搭建了地源熱泵系統(tǒng)仿真模型，分析了不同鉆孔深度下的鉆孔數(shù)量、熱泵機(jī)組及系統(tǒng)性能系數(shù)、運(yùn)行能耗和占地面積等。研究給出了基于建筑物負(fù)荷，結(jié)合單孔循環(huán)水流量、每米鉆孔換熱量通過迭代計算鉆孔數(shù)量的方法，當(dāng)鉆孔深度高于300m時，再增加鉆孔深度并不能有效減少鉆孔數(shù)量，故鉆孔深度為300m時，每米鉆孔換熱量最高；系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行十年，

3、土壤平均溫度隨著鉆孔深度增加先增加后減小，增加鉆孔深度可有效緩解土壤平均溫度的增加；冬季熱泵機(jī)組COP與冬季系統(tǒng)COP均隨鉆孔深度增加先減小后增大，鉆孔深度為60m時冬季系統(tǒng)COP最大；夏季機(jī)組 COP與夏季系統(tǒng) COP均隨鉆孔深度先增加后減小再增加，鉆孔深度夏季系統(tǒng)COP60m時最小，200m時最大；對系統(tǒng)冬夏季能耗及總能耗進(jìn)行分析，系統(tǒng)冬季運(yùn)行能耗隨鉆孔深度增加而增加，鉆孔深度100m最低；系統(tǒng)夏季運(yùn)行能耗隨鉆孔深度增加先增大后減小

4、，鉆孔深度100m能耗最低；系統(tǒng)運(yùn)行總能耗基本隨鉆孔深度增加而增加，鉆孔深度100m時，最低，但每年能耗逐年降低；地埋管換熱器初投資隨鉆孔深度增加而急劇增加，鉆孔深度為150或200m時為100m的1.5倍左右，且占地面積隨鉆孔深度增加而降低，鉆孔深度為150或200m時為100m的0.5倍左右，綜合考慮運(yùn)行能耗和初投資，在地表面積允許時，優(yōu)先選用鉆孔深度為100m，但當(dāng)?shù)乇砻娣e有限時，可將鉆孔深度延伸至150或200m。并將鉆孔深度與

5、占地面積、系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用和地埋管換熱器初投資的關(guān)系擬合為公式。
　　另外，針對地埋管結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題，對螺旋形地埋管換熱器與傳統(tǒng)地埋管換熱器進(jìn)行了模擬和實(shí)驗(yàn)對比分析。我們得出如下結(jié)論：由模擬和實(shí)驗(yàn)可知，在不同流量下入口水溫較高時，即夏季工況下，螺旋形地埋管管內(nèi)換熱均得到強(qiáng)化，單位時間單位質(zhì)量水的放熱量均高于光管，平均提高約13％左右，但螺旋形地埋管換熱器每米鉆孔換熱量不占優(yōu)勢；當(dāng)入口溫度較低時，螺旋形地埋管換熱器每米鉆孔換熱量均高于光管