土壤源熱泵間歇運(yùn)行冬季工況的試驗(yàn)研究

1、土壤源熱泵間歇運(yùn)行冬季工況的試驗(yàn)研究         06-06-02 15:47:00     作者：范萍萍 端木琳 舒海    編輯：凌月仙仙范萍萍 端木琳 舒海文 王學(xué)龍摘要：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)行過程中，通過可控間歇過程，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，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 Abstract: T

2、his text introduced the intermittent movement test result of ground source pump in winter. Certificated that in ground source heat pump (GSHP) of geothermal energy utilization system，a concept of intermittent process(GSHP on or off) was proposed to restore underground temperature and compensate insu

3、fficient rock heat transferAnd changed the temperature variety regulation and trend . Intensify the heat transfer and good work condition of heat pump.Keywords: geothermal energy; ground temperature restoration; ground source heat pump; intermittent movement1 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。

4、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)過程可以改變其溫度變化趨勢，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

5、受其溫降的最低溫度范圍和溫升的最高溫度范圍的影響?？刂茻岜脵C(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)測點(diǎn)全部引入采控系統(tǒng)，實(shí)行不間斷自動采集和控制，并自動存儲數(shù)據(jù)。溫度的測試主要是地下埋管管壁溫度測試，水溫測試。（1）地下埋管管壁溫度測試地下埋管實(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點(diǎn)布置都是每個(gè)10m一個(gè)測點(diǎn)，而25米埋深為每隔5米一個(gè)測點(diǎn)，其中在75米埋深的井中在埋管

6、上埋有兩組熱電偶。如圖1圖1 溫度測點(diǎn)布置示意圖Fig2-1Schematic of the sensors distribution of temperature（2）水溫測試本實(shí)驗(yàn)所測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)果分析因土壤源熱泵受土質(zhì)和氣候情況的影響很大，在此，以大連的土質(zhì)和氣候情況進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，土壤的特性參數(shù)如表1表1土壤的特性參數(shù)表 第一層第二層類別沙土砂巖厚度(m)05575導(dǎo)熱系數(shù)(/·)1.64.4比熱*密度(J/m3·×106)1.43.563.1 數(shù)據(jù)處理方法 各測試日內(nèi)的瞬時(shí)平均換熱量的計(jì)算公式： （

7、3-1） 式中：Q埋管換熱器在各測試日內(nèi)的瞬時(shí)平均換熱量，kW；循環(huán)流體密度，kg/m3；cp循環(huán)流體比熱，kJ/(kg·)；U型埋管換熱器內(nèi)的水流量，m3/s；to在各測試日內(nèi)的U型管出水平均溫度，；ti在各測試日內(nèi)的U型管進(jìn)水平均溫度，。 地下埋管換熱器單位埋深的換熱量計(jì)算公式： （3-2）式中：ql單位井深的換熱量，W /m；豎井深度，m。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2：53,4，以下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均為實(shí)測結(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日測試到3月19日。從圖2可以看出地溫的恢復(fù)狀況，這種間歇運(yùn)行工況對地溫的恢復(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5小時(shí)左右溫度恢復(fù)到與初始狀態(tài)相差0.2ºC，機(jī)組繼續(xù)運(yùn)行4小時(shí)，以滿足