土壤源热泵间歇运行冬季工况试验研究

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1、土壤源热泵间歇运行冬季工况的试验研究范萍萍端木琳舒海文王学龙摘要：本文介绍了土壤源热泵冬季间歇运行工况的试验结果。在地源热泵运行过程中，通过可控间歇过程，地温得以恢复，弥补土壤传热慢的不足；并改变了温度变化规律和趋势，实现强化换热及热泵机组良好的运行工况。关键词：地能地温恢复土壤源热泵间歇运行Abstract:Thistextintroducedtheintermittentmovementtestresultofgroundsourcepumpinwinter.Certificatedthating

2、roundsourceheatpump(GSHP)ofgeothermalenergyutilizationsystem，aconceptofintermittentprocess(GSHPonoroff)wasproposedtorestoreundergroundtemperatureandcompensateinsufficientrockheattransfer．Andchangedthetemperaturevarietyregulationandtrend.Intensifytheheat

3、transferandgoodworkconditionofheatpump.Keywords:6geothermalenergy;groundtemperaturerestoration;groundsourceheatpump;intermittentmovement1引言地能是清洁可再生的自然能源，它具常年温度稳定的特点，是热泵理想的热源形式。然而，以土壤源为主体的地能系统，由于其传热能力较弱，需要较大的换热面积和占地面积，设备的初投资较大，制约了该项技术的发展。因此，研究者们提出可控间歇运行的

4、思想[1]。间歇概念是根据在建筑环境中供热供冷系统机组运行具有间断性的特点和地温的可恢复特提出的高效利用地能的有效措施。通过人为合理的控制热泵机组的间歇运行，能够强化传热过程。如能充分利用间歇弥补地下传热慢的不足，就能实现充分换热，最大限度地减少埋地换热器的钻孔数，降低其初投资。地下埋管换热器的换热井内间歇性恢复过程可以改变其温度变化趋势，提高或降低平衡稳定温度，使热泵机组在理想的工况下工作。对于吸热井的温降或放热井的温升，热泵机组的运行状况主要受其温降的最低温度范围和温升的最高温度范围的影响。控制热

5、泵机组进出口理想的温度是其高效运行的重要保证。为此，本试验在可控间歇运行的理论基础上制定合理的运行方案，对土壤源热泵冬季运行工况进行实验研究[1,2]。2试验系统6本实验温度测量全部采用PT100铜－康铜热电阻，允许误差为±0.3℃，所有参数测点全部引入采控系统，实行不间断自动采集和控制，并自动存储数据。温度的测试主要是地下埋管管壁温度测试，水温测试。（1）地下埋管管壁温度测试地下埋管实验系统共9根地下埋管，在75米埋深和50米埋深的地下埋管管壁的测点布置都是每个10m一个测点，而25米埋深

6、为每隔5米一个测点，其中在75米埋深的井中在埋管上埋有两组热电偶。如图1图1温度测点布置示意图Fig2-1Schematicofthesensorsdistributionoftemperature（2）水温测试本实验所测水温主要是地下埋管进出口水温和热泵机组进出口水温。3实验结果分析因土壤源热泵受土质和气候情况的影响很大，在此，以大连的土质和气候情况进行实验研究，土壤的特性参数如表1表1　土壤的特性参数表第一层第二层类别沙土砂岩厚度(m)0~55~75导热系数(Ｗ/ｍ·℃)1.64.4比热

7、*密度(J/m3·℃×106)1.43.563.1数据处理方法各测试日内的瞬时平均换热量的计算公式：（3-1）式中：Q－埋管换热器在各测试日内的瞬时平均换热量，kW；－循环流体密度，kg/m3；cp－循环流体比热，kJ/(kg·℃)；－U型埋管换热器内的水流量，m3/s；to－在各测试日内的U型管出水平均温度，℃；ti－在各测试日内的U型管进水平均温度，℃。地下埋管换热器单位埋深的换热量计算公式：（3-2）式中：ql－单位井深的换热量，W/m；－竖井深度，m。3.2实验结

8、果分析6根据已有运行经验，在稳定的供暖季节中，通常热泵机组在首开机时运行3-4小时达到稳定状态[4]。因此，结合实际供暖需求及热泵机组的运行状况，采用间歇运行技术，弥补地下换热缓慢的不足，恢复换热井温，提高综合效率。本实验以24小时为一个周期，人为地控制开停机的时间为1：1和2：5[3,4]，以下实验数据均为实测结果。3.2.1地下埋管换热器壁温变化状况分析24小时间歇运行实验从2005年3月16日测试到3月19日。从图2可以看出地温的恢复状况，这种间歇