土壤源熱泵間歇運(yùn)行冬季工況的試驗(yàn)研究

　　摘要：本文介紹了土壤源熱泵冬季間歇運(yùn)行工況的試驗(yàn)結(jié)果。在地源熱泵運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)可控間歇過(guò)程，地溫得以恢復(fù)，彌補(bǔ)土壤傳熱慢的不足;并改變了溫度變化規(guī)律和趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化換熱及熱泵機(jī)組良好的運(yùn)行工況。

　　關(guān)鍵詞：地能 地溫恢復(fù) 土壤源熱泵 間歇運(yùn)行

　　1、引 言

　　地能是清潔可再生的自然能源，它具常年溫度穩(wěn)定的特點(diǎn)，是熱泵理想的熱源形式。然而，以土壤源為主體的地能系統(tǒng)，由于其傳熱能力較弱，需要較大的換熱面積和占地面積，設(shè)備的初投資較大，制約了該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展。因此，研究者們提出可控間歇運(yùn)行的思想[1].間歇概念是根據(jù)在建筑環(huán)境中供熱供冷系統(tǒng)機(jī)組運(yùn)行具有間斷性的特點(diǎn)和地溫的可恢復(fù)特提出的高效利用地能的有效措施。通過(guò)人為合理的控制熱泵機(jī)組的間歇運(yùn)行，能夠強(qiáng)化傳熱過(guò)程。如能充分利用間歇彌補(bǔ)地下傳熱慢的不足，就能實(shí)現(xiàn)充分換熱，最大限度地減少埋地?fù)Q熱器的鉆孔數(shù)，降低其初投資。

　　地下埋管換熱器的換熱井內(nèi)間歇性恢復(fù)過(guò)程可以改變其溫度變化趨勢(shì)，提高或降低平衡穩(wěn)定溫度，使熱泵機(jī)組在理想的工況下工作。對(duì)于吸熱井的溫降或放熱井的溫升，熱泵機(jī)組的運(yùn)行狀況主要受其溫降的最低溫度范圍和溫升的最高溫度范圍的影響。控制熱泵機(jī)組進(jìn)出口理想的溫度是其高效運(yùn)行的重要保證。為此，本試驗(yàn)在可控間歇運(yùn)行的理論基礎(chǔ)上制定合理的運(yùn)行方案，對(duì)土壤源熱泵冬季運(yùn)行工況進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究[1，2].

　　2、試驗(yàn)系統(tǒng)

　　本實(shí)驗(yàn)溫度測(cè)量全部采用PT100銅-康銅熱電阻，允許誤差為±0.3℃，所有參數(shù)測(cè)點(diǎn)全部引入采控系統(tǒng)，實(shí)行不間斷自動(dòng)采集和控制，并自動(dòng)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

　　溫度的測(cè)試主要是地下埋管管壁溫度測(cè)試，水溫測(cè)試。

　　(1)地下埋管管壁溫度測(cè)試

　　地下埋管實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)共9根地下埋管，在75米埋深和50米埋深的地下埋管管壁的測(cè)點(diǎn)

　　(2)水溫測(cè)試

　　本實(shí)驗(yàn)所測(cè)水溫主要是地下埋管進(jìn)出口水溫和熱泵機(jī)組進(jìn)出口水溫。

　　3、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

　　3.1 數(shù)據(jù)處理方法

　　3.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

　　根據(jù)已有運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，在穩(wěn)定的供暖季節(jié)中，通常熱泵機(jī)組在首開機(jī)時(shí)運(yùn)行3-4小時(shí)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)[4].因此，結(jié)合實(shí)際供暖需求及熱泵機(jī)組的運(yùn)行狀況，采用間歇運(yùn)行技術(shù)，彌補(bǔ)地下?lián)Q熱緩慢的不足，恢復(fù)換熱井溫，提高綜合效率。本實(shí)驗(yàn)以24小時(shí)為一個(gè)周期，人為地控制開停機(jī)的時(shí)間為 1：1和2：5[3，4]，以下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均為實(shí)測(cè)結(jié)果。

　　3.2.1 地下埋管換熱器壁溫變化狀況分析

　　24小時(shí)間歇運(yùn)行實(shí)驗(yàn)從2005年3月16日測(cè)試到3月19日。地溫的恢復(fù)狀況，這種間歇運(yùn)行工況對(duì)地溫的恢復(fù)是十分有利的，運(yùn)行5小時(shí)后，停機(jī)，管壁的溫度經(jīng)過(guò)5小時(shí)左右溫度恢復(fù)到與初始狀態(tài)相差0.2。C，機(jī)組繼續(xù)運(yùn)行4小時(shí)，以滿足用戶的供暖需求，而后停止運(yùn)行，管壁溫度經(jīng)過(guò)10小時(shí)恢復(fù)到初始溫度。為下一循環(huán)開機(jī)運(yùn)行提供較好的換熱條件。

　　3.2.2 熱泵進(jìn)出口水溫的變化

　　本實(shí)驗(yàn)采用的熱泵機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，出口溫度不能低于4 oC，當(dāng)?shù)陀谶@個(gè)溫度時(shí)熱泵將停止運(yùn)行。因此我們要在保證滿足用戶負(fù)荷需求的基礎(chǔ)上，盡量提高進(jìn)、出口穩(wěn)定溫度，保證熱泵在理想工況下運(yùn)行。

　　3.2.3 熱泵機(jī)組從土壤換熱器的取熱量

　　由于埋地?fù)Q熱器的吸熱，土壤的溫度場(chǎng)發(fā)生變化。機(jī)組剛運(yùn)行時(shí)，管內(nèi)的水的溫度與土壤溫度相差較大，取熱量迅速增加，隨著吸熱過(guò)程的進(jìn)行，土壤溫度降低，因此，運(yùn)行一段時(shí)間，地下埋管換熱器的換熱量達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

　　4、結(jié) 論

　　(1)可控間歇過(guò)程可以改變地下埋管換熱器周圍溫度變化的趨勢(shì)，冬季運(yùn)行工況下，能夠提高平衡穩(wěn)定溫度，使機(jī)組在理想的工況下運(yùn)行。

　　(2)通過(guò)合理的人為間歇控制，實(shí)現(xiàn)良好的地溫變化趨勢(shì)，能夠最大限度的發(fā)揮地下埋管換熱器的換熱能力。

　　(3)相同工況下，間歇運(yùn)行與連續(xù)運(yùn)行相比，實(shí)現(xiàn)充分換熱，最大限度的減少鉆孔數(shù)，降低初投資。

　　(4)本文提出的土壤源熱泵間歇運(yùn)行技術(shù)對(duì)在空調(diào)系統(tǒng)中充分利用地能具有重要意義和實(shí)用價(jià)值，有必要進(jìn)一步開展應(yīng)用間歇運(yùn)行技術(shù)后，地源熱泵機(jī)組節(jié)能特性的研究。

更多內(nèi)容訪問(wèn)>> 注冊(cè)土木工程師(巖土)考試頻道   注冊(cè)土木工程師(巖土)考試論壇  巖土工程師課程試聽

·2010年注冊(cè)土木工程師（巖土）考試輔導(dǎo)招生簡(jiǎn)章
·巖土工程師輔導(dǎo)現(xiàn)在報(bào)名任意專業(yè)知識(shí)贈(zèng)送專業(yè)知識(shí)習(xí)題班
·老師輔導(dǎo)每天24小時(shí)不限時(shí)間隨時(shí)反復(fù)學(xué)習(xí)……