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温湿度独立控制地源热泵系统运行策略研究

李扬  
【摘要】:对于采用地源热泵系统的以冷负荷为主的公共建筑,因夏季冷负荷大于冬季热负荷,地下埋管年排热量大于年吸热量。而为了防止这种吸热和排热的不平衡,势必引起地下埋管的实际长度远大于系统所需要的长度。而温湿度独立控制的混合式地源热泵系统可以将温湿度分开进行控制来减少系统的初投资,提高系统的运行特性。对于以冷负荷为主的建筑,地源热泵机组仅承担显热负荷,可以减少钻孔数量,也可以减小因地下埋管年吸、放热量的不平衡而引起的热泵机组运行特性的恶化。而合适的控制策略,控制参数的选择,是提高混合式地源热泵系统运行特性的重要因素。鉴于此,本文拟开展根据地埋管出水温度情况来研究混合式地源热泵系统的运行性能,具有简单、方便、前瞻性强等突出特点,为我国地源热泵的推广提供理论和实验依据。 本文对于特定地区的特定建筑物设计了普通地源热泵系统和混合式地源热泵系统,研究了地源热泵系统埋管出水温度与系统性能的关系,并对各种不同的运行方式做出了分析比较。 首先,对特定地区的特定建筑物计算其空调负荷。本文选取的为上海地区的办公建筑物,此建筑物为冷负荷占优型建筑物,适合采用温湿度独立控制的混合式地源热泵系统。 其次,对整个地源热泵负荷系统的组成部分,即热泵和地热换热器建立计算用数学模型,针对土壤源热泵地下垂直U型埋管,建立了周围土壤的非稳态温度场的数学模型并利用MATLAB软件编写程序对各模块进行供冷季节逐时运行数据计算,实现对整个系统供冷季节的能耗模拟。 然后,调整混合式地源热泵系统逆工况的冷量配比,选用不同的逆工况运行时间进行研究。本文对夏季四种不同工况下的热泵系统进行试验研究,获得了地源热泵在这四种工况下的运行数据。用试验所得的数据与计算机模拟的结果进行比较,以证明模拟的正确性。同时得出不同逆工况运行时间对地源热泵系统性能的影响,并给出了变化曲线,为系统性能的进一步深入研究打下基础。 最后,根据模拟分析对于同一建筑物选用混合式地源热泵系统和普通地源热泵系统,做供冷季节逐时运行模拟计算,计算出其埋管出水温度,系统COP值和运行费用等。通过图表进行比较,得出了若干关于地源热泵复合系统优化设计及运行的结论和建议。 混合式地源热泵能减缓整个供冷季节埋管出水温度的上升,有利于地下土壤的温度地恢复,减少热堆积,可以解决冷热负荷不平衡问题。逆工况运行时间愈靠近次日机组开启的时间,更有利于降低次日机组运行时地埋管的水温。与普通地源热泵机组相比混合式地源热泵的COP值更高,能耗更低,初投资更低。


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