办公建筑混合式土壤源热泵系统冷却塔控制策略研究

《办公建筑混合式土壤源热泵系统冷却塔控制策略研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、办公建筑混合式土壤源热泵系统冷却塔控制策略研究陈学鹏1徐菱虹2（1.广东省建筑设计研究院，广东广州510000;2.华中科技大学环境科学与工程学院，湖北武汉430074）摘要：在夏热冬冷地区，由于设计、施工、土壤自身恢复能力等原因，混合式土壤源热泵系统土壤热积累的问题依然存在，优化冷却塔的控制策略是改善系统运行效率的重要手段。木文以武汉地区某办公楼建筑为研究对象，利用TRNSYS对其采用的混合式土壤源热泵系统冷却塔的控制策略进行模拟研究。模拟结果表明，夜间开启冷却塔可以缓解土壤热积累问题，但开启时间决定了系统的节能与否；对夜间冷却塔的开

2、启釆取某种温差控制时，系统更节能。关键词：混合式土壤源热泵系统；TRNSYS；冷却塔控制策略；温差控制.1八—刖目在武汉地区的实际工程中，由于设计、施工、土壤自身恢复能力等原因，导致混合式土壤源热泵系统土壤热积累的问题依然存在。因此，我们有必要对混合式土壤源热泵系统进行优化设计，而优化控制策略是改善混合式土壤源热泵系统运行效率和缓解土壤热积累的重要手段。目前，国内外学者在混合式土壤源热泵系统控制策略方面的研宄已经得出不少有价值的模拟和实验成果。木文利用TRNSYS模拟了白天温差控制+夜间自然冷却的控制策略和三种白天温差控制+夜间开启冷却

3、塔与地埋管串联为土壤降温的夜间冷却塔控制策略，从土壤平均温度、热泵机组EER和COP、系统能耗和运行费用等多方面对上述模拟结果进行分析，对比各个控制策略的优缺点，得出较为合理的控制策略。1混合式土壤源热泵系统设计1.1空调负荷计算及分析木文选择了位于武汉的一栋典型的办公楼建筑。该建筑共20层，空调面积约为39000m2o根据武汉供冷季和供暖季的设定以及办公楼的作息吋间，在DeST中建立办公楼建筑模型，模拟计算出办公楼的全年逐时负荷。办公楼供冷季峰值冷负荷为4627KW,供暖季峰值热负荷为3264KW，峰值冷热负荷比为1.42;供冷季累计

4、冷负荷为2125641KWh，供热季累计热负荷为596001KWh，累计冷热负荷比为3.57。在实际工程中，冷负荷di优地区办公类建筑的峰值冷热负荷比一般为1.5左右，累计冷热负荷比为3.0左右，本文中所选的办公建筑具有一定代表性。1.2白天温差控制+夜间自然冷却控制策略设计白天温差控制+夜间自然冷却控制策略（下文简称策略一）下混合式土壤源热泵系统原理图如图1所示。图1策略一下混合式土壤源热泵系统原理图该系统控制策略与原理为：当制冷季热泵进U水温与室外空气湿球温度差值高于2°C吋，阀门1、2、3、4打幵，冷却塔幵启；当制冷季热泵进口水温

5、与室外空气湿球温度差值低于1.5°C时，阀门1、2、3、4打开，冷却塔关闭；在供热季，阀门2、4打开，阀门1、3关闭，冷却塔不开启。1.3白天温差控制+夜间冷却塔冷却控制策略设计白天温差控制+夜间冷却塔冷却控制策略根据夜间冷却塔的控制策略不同，又分别设计为三种控制策略（下文分别表述为策略二、三、四），原理如图2所不。图2策略二、三、四下混合式土壤源热泵系统原理图（1）策略二控制原理该系统策略二的控制原理为：在供热季，阀门2、4打开，阀门1、3、5、6关闭，冷却塔不开启；在制冷季白天，当热泵进U水温与室外空气湿球温度差值高于2°C的时候，

6、阀门1、2、3、4打幵，阀门5、6关闭，冷却塔开启；在制冷季闩天，当热泵进口水温与室外空气湿球温度差值低于1.5°C的时候，阀门1、2、3、4打开，阀门5、6关闭，冷却塔关闭；在制冷季凌晨0:00至早上6:00,阀门2、3、5、6开启，阀门1、4关闭，热泵机组停机。其中阀门5的作用是减少夜间地埋管换热器侧循环系统的总阻力，降低夜间冷却水泉的能耗。(2)策略三控制原理策略三与策略二的控制原理相似，唯一的区别是：在夜间0:00到6:00,当从地埋管出来进入板式换热器的水温高于从冷却塔出来进入板式换热器的水温吋，开启冷却塔和水泵，否则关闭冷却

7、塔和水泵，该策略的提出是考虑充分利用冷却塔来对土壤降温，是理想化的策略。(3)策略四控制原理策略四与策略二的控制原理相似，唯一的区别是：在夜间0:00到6:00,当从地埋管出来进入板式换热器的水温高于从冷却塔出来进入板式换热器的水温i.5°c吋，开启冷却塔和水泵，低于rc吋关闭冷却塔和水泵。该策略的提出是考虑了实际工程中板式换热器的传热温差对换热效率的影响，保证夜间板式换热器两侧进口水温的温差为1.5°C时才开启冷却塔，同时为了避免冷却塔与水泵频繁启停，设定了0.5°C的缓冲温差。2混合式土壤源热泵系统的TRNSYS模型构建本系统采用的

8、地埋管换热器为垂直单U管，管材为PE管，U型管内径为25mm,外径为32mm,管间距为100mm，钻孔深度为80m，钻孔直径为200mm,孔间距为6m,采用水作为地埋管换热器循环液。根据四种控制策略各自选用