办公建筑中冷却塔复合式地源热泵系统的运行策略研究

【摘要】：地源热泵系统利用土壤作为冷热源,通过地下封闭环路中换热介质的循环流动,与土壤进行热量交换,与普通空调系统冷热源相比具有节能环保的特点。但在系统实际运行中,当地源热泵系统向土壤的放热量远大于吸热量时,就会出现热量在土壤中堆积的现象,影响地源热泵空调系统的性能,因此工程上常引入冷却塔进行辅助散热。冷却塔复合式地源热泵系统可有效的改善传统地源热泵系统的运行性能,解决了土壤的热积聚问题。本文针对当前冷却塔复合式地源热泵系统在办公建筑应用中运行效率低的问题,对系统中热泵机组(制冷机组)、冷却塔及地埋管换热器三个主要部件的运行特性进行了分析,建立了采用集总参数法的传热数学模型。同时,为了模拟冷却塔复合式地源热泵系统对土壤温度的影响和系统能耗,利用VB6.0进行了编程,开发可以计算土壤温度变化和系统能耗的计算程序。本程序相比于现存商业软件,计算方法简明,计算结果能够满足工程需要。本文以天津市某办公建筑为例,利用eQUEST进行了全年负荷模拟,其峰值冷负荷为301kW,峰值热负荷为209kW。若采用传统地源热泵系统,夏季向土壤的排热量为210531.6kWh,冬季需从土壤的取热量为114643.3kWh,吸放热量比为1:0.54,故需设置冷却塔辅助散热以保证土壤热平衡。根据该建筑的负荷特性,提出了包括冷却塔和地埋管换热器的并联、串联、独立连接和独创提出的混合连接四种系统连接形式。针对每种系统,进行了相应的设备选型,并通过编制的计算程序对各系统的不同运行策略进行了模拟分析。结果表明,并联系统配置和混合连接下的温度控制与温差控制运行策略对土壤温度影响最小;混合连接系统配置下的热泵机组优先运行策略能耗量最小;所以本案例的最优运行策略为:混合连接形式下的热泵机组优先运行策略。且独创提出的混合连接形式下最优运行策略比一般并联连接形式下冷却塔复合式地源热泵系统节能6.6%。由此可见,冷却塔与地埋管换热器混合连接的复合系统更利于保证土壤热平衡和减少办公建筑的系统能耗。结合使用本文提出的模拟程序,该系统的运行策略算法可推广至各地办公建筑,为冷却塔复合式地源热泵系统在办公建筑中的应用提供策略支持。