200冷却塔辅助冷却地源热泵经济性分析全文

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1、冷却塔辅助冷却地源热泵经济性分析河北工程大学城市建设学院李恺渊王景刚郝庆摘要壤温度的全年温度变化特性，地源热泵比空气源热泵具有更高的COP。但是当建筑以冷负荷为主时，若完全依靠地源热泵来供冷，则地下埋管换热器和热泵机组的初投资均比较高，热泵系统的循环效率也较低。采用辅助冷却复合地源热泵系统，可有效降低系统投资，提高系统的运行节能效果。在部分负荷时，完全依靠地源热泵供冷，在峰值负荷或冷负荷较大时，启用辅助冷却装置，使辅助冷却装置和地源热泵机组联合运行。分析表明，采用冷却塔辅助冷却复合地源热泵系统在系统初投资和运行费用方面都具有一定的优势。关键词冷却塔辅助冷却地源热泵经济性分析

2、0前言地源热泵是一种高效节能环保的热泵方式，但当应用于以冷负荷为主的建筑时，为了满足较大的冷负荷的需要，势必要加大地下埋管换热器的配置，增加初投资。此外，热泵机组长时间连续运行导致地下埋管周围土壤温度升高，机组效率下降，能耗增加。为了提高系统的效率和经济性，可以考虑使用辅助冷却装置。冷却塔作为一种成型且成熟的设备是地源热泵理想的辅助冷却装置。利用冷却塔辅助冷却的地源热泵系统如图1-1图1-1辅助冷却地源热泵系统示意图在夏季需要供冷、冬季需要采暖的地区，当全年冷负荷大于热负荷时，如果按照冷负荷来确定地下埋管的长度，就会造成冬季埋管容量过大，由于钻井费用通常很高，会使投资费用大

3、大增加。同样对于大型的商业或是公共建筑而言，其全年的负荷分析表明，建筑物的冷负荷远大于热负荷，地下埋管换热器夏季排向埋管附近土壤的热量远大于冬季从土壤吸取的热量，再加之现代建筑玻璃幕墙的大量使用，建筑物的得热增加，照明设备及人员的大量散热等，更加剧了这种热量吸排的不平衡。经过系统的长期运行，埋管周围土壤温度升高，夏季埋管内流动介质与周围土壤的温差降低，换热器能力减弱，影响系统性能和运行特性，为了满足建筑物冷负荷就需要加大埋管长度，同样会增加系统的初投资。地源热泵系统初投资相对较高，主要在于钻井费用较高，所以尽量减少钻孔长度并且能够满足冷负荷要求是降低系统初投资的主导思想。用

4、冷却塔辅助地源热泵是一种好的方法，地下埋管换热器的长度按照冬季较小的负荷来确定，夏季未能由埋管承担的排热量由冷却塔来承担。这种系统形式的初投资主要是增加了冷却塔的费用，但是却大大减少了地下埋管的费用。在夏季，热泵运行费用中增加了辅助系统水泵和风机的能耗费用。但是由于辅助系统有助于地源热泵机组效率的提高，所以热泵压缩机的能耗降低。在冬季，由于埋管的减少，系统的效率降低，热泵压缩机的能耗会有所增加。所以对于系统全年运行费用的比较，还要进行具体的计算。1辅助冷却系统的运行策略辅助冷却热泵系统的运行策略决定辅助冷却的容量和运行时间，辅助冷却的容量和运行的时间决定系统的初投资和运行经

5、济性，运行策略的不同，会有不同的辅助比例和运行时间，所需的辅助冷却的初投资和辅助系统的运行费用也不同。热泵系统的供冷可以采取两种形式，一种是埋地换热器单独运行，完全由埋地换热器承担所有的负荷，一种方式是埋地换热器和冷却塔联合运行，由冷却塔承担一部分负荷。第二种运行形式中又可以有多种运行策略。运行策略的选择必须充分考虑热泵系统的运行特性和地下埋管换热器的换热特性。地源热泵机组的效率与冷凝温度有关，冷凝温度越高，机组效率越低。而冷凝温度主要与地下埋管换热器出口流体温度有关，地下埋管出口流体温度越高，冷凝温度就越高。所以降低地下埋管换热器出口流体温度成为提高机组性能的重要途径。地

6、下埋管换热器出口流体温度与其本身的长度、地下土壤的温度及连续运行的时间等因素有关，地下埋管的长度越长、热泵连续运行的时间越短，换热器的出口流体温度就越低，机组的制冷性能系数就越大。以上可知影响系统性能的主要因素是地下埋管换热器出口流体温度EFT（Enteringfluidtemperature）（热泵的入口温度），所以可以通过控制地下埋管出口流体温度来对辅助冷却地源热泵系统的运行进行调节，以此提高系统的效率，减少辅助设备的初投资和运行费用。在已往的研究中[4]，有学者以地下埋管的出口流体温度为主要控制参数，制定了不同的辅助运行策略，进行了不同工况下的对比研究。系统的运行策略

7、如下：（1）当EFT大于某一设定温度值时，即表明此时建筑物的冷负荷过大，在这种状况下如果单独使用埋管换热器排放所有的热量，埋管周围土壤温度会升高，系统的效率降低。此时开启冷却塔，分担一部分负荷，减少了埋管向土壤排放的热量，使埋管周围土壤温度相对较低，保证系统的高效运行。当EFT低于某设定温度值时，即地下埋管换热器自身可以承担所有冷负荷，此时关闭冷却塔。（2）以当地湿球温度和EFT之差为控制参数，由于冷却塔的性能主要与室外湿球温度有关，所以这种控制策略还可以反应冷却塔的性能对系统性能的影响，控制方法同上。（3）可以根