重慶某土壤源熱泵工程地埋管系統(tǒng)分區(qū)運行策略研究.pdf

1、土壤源熱泵地埋管換熱器周圍土壤溫度直接影響到地埋管換熱器換熱性能及冷熱源系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，熱泵系統(tǒng)長時間不間斷的運行，造成土壤溫度持續(xù)變化，并導(dǎo)致?lián)Q熱器換熱性能降低，機(jī)組效率降低及系統(tǒng)能耗增加。土壤源熱泵短時間的間歇運行，能夠利用土壤熱恢復(fù)特性有效的緩解熱累積現(xiàn)象，改善土壤的傳熱和增強(qiáng)地埋管換熱器的換熱能力。通常情況下熱泵的間歇運行通過機(jī)組啟停時間來有效控制，對于實際工程，機(jī)組的啟停狀態(tài)由建筑負(fù)荷特征決定，因此具有一定的局限性和隨機(jī)性。本文

2、從地埋管整個管群出發(fā)，在既滿足建筑負(fù)荷要求，又保證機(jī)組運行條件下，通過對地埋管系統(tǒng)進(jìn)行合理的分區(qū)控制，使土壤得到短暫的周期性間歇恢復(fù)時間，降低土壤溫度，提高系統(tǒng)換熱效率。
　　本文依托于重慶市某工程項目搭建實驗平臺，以實測的的方式研究了土壤的初始溫度狀況及土壤在冬夏季典型運行日、過渡季節(jié)恢復(fù)期中的土壤溫度變化情況，并實時監(jiān)測地埋管供、回水溫度，系統(tǒng)水流量等必要參數(shù)。利用 Fluent軟件建立的地埋管換熱器三維管群傳熱模型，運用實測

3、數(shù)據(jù)對模型進(jìn)行了土壤溫度和進(jìn)、出水水溫的驗證。根據(jù)所建立的模型，對土壤恢復(fù)特性進(jìn)行了綜合分析，研究了土壤在不同土壤導(dǎo)熱系數(shù)、土壤比熱容值、回填材料下冬夏季工況的恢復(fù)性能。最后根據(jù)實測分析研究的土壤恢復(fù)規(guī)律，提出了地埋管分區(qū)運行確定方法，并通過對冬、夏季地埋管在逐時負(fù)荷運行下的模擬計算研究，確定了本項目土壤源熱泵系統(tǒng)最佳運行分區(qū)模式、分區(qū)方案以及全年分區(qū)運行控制策略。
　　實測研究表明，冬、夏季典型運行日由于建筑負(fù)荷大，負(fù)荷持續(xù)性強(qiáng)

4、，土壤及供、回水溫度均較為穩(wěn)定，運行日一天的負(fù)荷累積對地埋管換熱系統(tǒng)影響甚微。土壤溫度恢復(fù)主要集中在過渡恢復(fù)期的前4天內(nèi)，且第一天溫度恢復(fù)程度最大，占整個冬季過渡期上降幅度的46.7％~51.3%，占整個夏季過渡期下降幅度的58.2%~73.1%。
　　模擬研究表明，土壤溫度恢復(fù)速率呈指數(shù)型下降的趨勢，且土壤導(dǎo)熱系數(shù)越大，土壤恢復(fù)越快；土壤比熱容值越大，土壤恢復(fù)越慢，反之亦然；土壤回填材料導(dǎo)熱系數(shù)在滿足規(guī)范要求的范圍內(nèi)，對土壤恢復(fù)

5、影響不大。根據(jù)地埋管分區(qū)方法，本項目土壤源熱泵系統(tǒng)宜采用1種地埋管分區(qū)模式，2種埋管運行方案。模擬根據(jù)負(fù)荷特征，將運行時間按負(fù)荷率（0~25%、25%~50%、50%~75%、75%~100%）及負(fù)荷滿載前期和后期逐一劃分為7個運行工況，并進(jìn)行運行季度逐時負(fù)荷模擬計算。分區(qū)運行下，熱泵系統(tǒng)能達(dá)到節(jié)能效果，且節(jié)能率大小與建筑負(fù)荷持續(xù)性、負(fù)荷大小、單井負(fù)荷承載率相關(guān)。夏季理論運行工況下，分區(qū)運行土壤溫度總體呈現(xiàn)周期性升高的趨勢，回水最高溫度

6、理論方案1>理論方案3>理論方案2，回水平均溫度理論方案3>理論方案1>理論方案2；夏季實際運行狀態(tài)下，最佳分區(qū)運行方案1在工況1~7下地埋管出水溫度降低0.63~2.00℃，機(jī)組能耗降低1.84%~5.69%，水泵能耗增加1.75%~10.18%，系統(tǒng)總節(jié)能率為3.18%；冬季實際運行狀態(tài)下，最佳分區(qū)運行方案1在工況2~6下地埋管出水溫度升高0.32~1.86℃，機(jī)組能耗降低1.19%~7.69%，水泵能耗升高1.17%~9.26%，