218复合式地源热泵运行工况分析

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1、复合式地源热泵运行工况分析河北工程大学张子平杜岭岭解文正摘要：针对我国南北地区室内冷热负荷不平衡的现象，北方地区冬季热负荷大于夏季冷负荷，而南方地区夏季冷负荷大于冬季热负荷，这样就造成了地下土壤的吸热量和排热量的不平衡，地下埋管换热器换热能力下降，热泵系统的循环效率降低。所以在北方的冬季应用太阳能辅助地源热泵供热，在南方的夏季应用冷却塔辅助地源热泵供冷。本文从技术，经济和环保角度讨论太阳能-地源热泵系统和冷却塔-地源热泵系统在我国的发展优势，并展望太阳能-地源热泵系统和冷却塔-地源热泵系统的发展前景。关键字：地源热泵；太热能-地源热泵系统；冷却塔-地源热泵系统0引

2、言：地源热泵(GSHP)系统是随着全球性的能源危机和环境问题的初期而逐渐兴起的一项热泵技术。地源热泵系统冇着高效，节能，环保的特点，倍受全世界各国的青睐，出现良好的发展势头，现在被越來越多的地区广泛应用。但是地源热泵系统有其口己独特的应用范围，就是夏热冬冷口冷热负荷相当的地区。为了扩大地源热泵系统应用范围，这对一些特殊的地区，就产生了一些复合式地源热泵系统。复合式地源热泵系统包括太热能-地源热泵系统(SESHPS)和冷却塔-地源热泵系统(HGSHPS),太热能-地源热泵系统应用于北方地区辅助供热，而冷却塔-地源热泵系统应用于南方地区辅助供冷。1太热能-地源热泵系统

3、1.1发展、结构、原理和运行20卅纪60年代太阳能和埠地盘管组合的思想就已经被提出［1-2,oIII于此系统在节能和环保方而具有很大的优势，不但克服了以热负荷为主的地区应用土壤源热泵存在的蒸发温度过低和机组出力不足问题，还克服了因土壤导热系数小,通常需要很人的埋管面积，而在实际工程屮又不能提供足够场地的问题,因而国内外不少学者从事此方面的研究。太热能-地源热泵系统是以太阳能和土壤热为复合热源的热泵技术，是综合利用低品位太阳能和土壤源的一•种形式。A阳能集热器和埋管的组合，具有很大的灵活性，不仅克服了单独地源热泵系统的不足，而fl.一年四季可以利用,提高了装置的利用

4、系数。冬季可以利用太热能-地源热泵系统复合供热，春秋两季可以利用太阳能提供生活热水。图1太热能地源热泵系统辅助供热加理图A阳能-地源热泵系统主要针对的以采暖为主，空调为辅的地区而设计的，如我国的北方地区适合应用这一系统。它有四部分组成，地埋管闭式循环管路，热泵机组，太阳能辅助设备，空调末端设备。与单纯的热泵系统相比，不同之处主要在于热泵的热源由太阳能集热系统和地埋管系统共同或者交替来供应。该系统通过阀门的调节，可以实现太阳能直接供热，太热能地源热泵系统联合來供热，地源热泵系统单独供热。在冬季热泵机组按照冬季运行工况，通过地下埋管从土壤中吸取热量，再通过空调末端设备

5、把热量送给用八。在夏季，通过阀门的调节，热泵系统可以实现制冷循环。图1是太热能-地源热泵系统供热过程：晴天，太阳能集热器把热虽积聚，然后流过储水箱，通过箱内的换热管把热虽传递给水后，在水泵的作用下流回集热器，开始下一次的循环。储水箱内的热水流进换热器与地埋管出水口进行热量的交换，在回到水箱内。在阴天、傍晚及晚上，太阳能集热器的有效热量为零或者负值，可以用储水箱中所储存的热量和地源热泵来供热。太阳能整个系统有蓄热装置，町以在春季，夏季和秋季为人们提供生活热水。1.2运行工况1.2.1集热器的控制太热能地源热泵系统利用太阳集热器收集到的冇效热量的多少來控制集热器的开启

6、和关闭［31O集热凹路中通常用口动控制来调控，血口动控制包括太阳控制、定时控制和差动控制三种。太阳控制就是A阳的辐射强度的人小來控制，这种方法受天气的影响，不能与系统的蓄热强度相联系。定吋控制就是以时I'可作为控制条件，太阳升起，循环泵开启，太阳下山，循环泵关闭，而不考虑其他的影响因素。差动控制就是一个羌动控制器和两个温度传感器，一个温度传感器安装在太阳集热器的出11处，另一•个温度传感器安装在储水箱的出口处。当笫一个传感器的温度大于第二个传感器并达到预定的温度，差动控制开启。差动控制考虑了集热温度和储热温度，更为全面，所以差动控制更为合理⑷。1.2.2各运行方式

7、的运行吋间分配比例太热能-地源热泵系统运行方式时间的分配主要指的是太阳能热泵系统,太热能-地源热泵系统和单独地源热泵系统各个系统运行时间的分配关系。太阳能热泵系统关键的技术就是各个系统时间的分配关系，它对整个系统的设计，系统的稳定性，系统的经济性都起着关键的作川。所以合理的分配各个系统的的运行时间极其重要。（1）太阳能热泵系统单独运行时间当太阳能热泵机组的供热量人于建筑物所需要的热负荷，就单独启用太阳能热泵系统。根据集热器搜集到有效热量的不同可以分成两种情况：①当太阳辐射强度比较大，如晴朗天气的中午，集热器在差动控制条件下开启，集热器的有效热量不为零，这就可以利用

8、太阳能热泵