毕业论文（设计）耦合蓄能的地源热泵系统的性能研究

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1、耦合蓄能的地源热泵系统的性能研究摘要本文对使用蓄能装置的地源热泵系统的氏期运行性能进行了模拟研究，研究屮发现，使用蓄能装置的地源热泵系统可以减少系统运行对土壤温度的影响，在运行一个供暖季后，使用蒂能装置的地源热泵系统对其土壤蓄热容积的平均温度影响为1.4°C,而常规地源热泵系统的影响为3.3°C。土壤温度变化对热泵性能也造成了长期的影响，研究发现，在运行期间，复合系统的COP要高于常规地源热泵系统。关键词：蓄能；地源热泵；土壤温度；COP刖吞暖通空调能耗占全国总能耗的比例逐渐提高，因此暖通空调领域的节能研究已成为当前节能减排的重点研究方

2、向之一。浅层土壤能以其储量巨大、分布广泛、绿色坏保、可循环利用等优势，成为提高建筑节能效果的首选技术。但随着地源热泵应用的拓展,相继暴露出诸多问题，如建筑高峰负荷期间，土壤温度变化较大，土壤吸热（冷）大幅降低，造成热泵机组效率下降甚至停机［1-3］。对建筑负荷波动较大的建筑，机组容量设计为最大负荷时，热泵机组长时间的低负荷运转效率较低。由于冬、夏季负荷的不平衡性，地源热泵长期运行土壤温度大幅变化降低了热泵机组的效率。为了减少土壤温度变化对热泵性能的影响，国内外学者进行了大量研究。崔萍［4］尚妍［5］等人对通过模拟研究发现热泵的间歇性运行

3、有利于提高热泵的效率。大量研究表明，混合热泵有利于提高热泵性能以及热利用率［5-6］0现有研究大多集中于将太阳能作为备用能源对地源热泵系统进行能量的补充，将太阳能作为辅助热源的方式有直接提供热量给负荷侧或是进行蓄热再利用［7］。在部分制冷负荷较大的地区，有研究提出将冷却塔结合到地源热泵系统屮，在负荷较大时进行辅助制冷［8-10］o综上，目前提高地源热泵性能方而，利用浅层地热能与多能源互补，蓄能耦合的研究较多，这一定程度上弥补了地源热泵的不足,对建筑节能起到了促进作用。但是由于互补耦合策略的不成熟，及辅助能源（太阳能、冷却塔）自身的局限性

4、，整体节能效果并不明显。本文中提出一种结合蓄热水箱与地源热泵的复合地源热泵供能系统，通过建立系统的模型，对复合系统与常规地源热泵系统长期运行对土壤温度以及机组COP的影响做出了分析对比。对比常规地源热泵系统，文小提出的复合地源热泵系可以降低热泵的装机容塑，提高热泵的运行效率，在建筑供能中具有良好的前景2模型介绍2.1复合供能系统文内研究的由蓄热水箱以及地源热泵系统构成的复合供能系统如图1所示，该负荷系统主要由四个循环组成，循环1为热泵供能过程，循环2为水箱供能过程，循环3为蓄能过程，循环4是地埋管侧循环过程。系统按照白天供能，晚上蓄能的

5、方式运行，在蓄能完成后，先用水箱蓄能供给负荷，水箱放能完成后地源热泵开始独立满足负荷要求。按照实验系统构成，研究屮利用TRNSYS建立了系统模型。图1复合地源热泵系统简图2.2模型验证为了使其与实际工作状况尽量接近，模拟过程屮的地埋管数据，地埋管管内水流量以及建筑负荷参照具体实验参数进行了设置。为了验证模型的运算结果是否可行，本文对地埋管的进出口水温的实验结果和模拟结果进行了对比,对比结果如图2所示。如图，模拟结果小地埋管的进出口水温与实骑结果的变化趋势基本一致，变化范围也在合理区间内。经过分析，造成模拟与实验结果误差的主要原因是：（1

6、）模拟过稈中，气象文件用的是典型气象年文件，与系统运行所处的实际环境有一定的不同，这会造成模拟过程中的负荷以及土壤和水箱的外部温度与实际情况的不同。（2）在模拟中使用了温度控制,因此造成了热泵和水泵的起停时间的不同。但是，在长期运行过程中，模拟结果与实验结杲的误差在2°C以内，因此模拟过程可被认为在合理状况下运行。综上，可以认为研究中建立的模型是可行的。2010・150050100时间（天）18-16(p)Mwn三图2地埋管出口水温模拟实验对比3.计算结果及分析3.1对土壤温度的影响如图3所示，在运行一个供暖季后，复合系统中土壤平均温度

7、从16°C降低到14.6°C,而常规热泵系统的土壤平均温度由16°C降低到了12.7°C。显然，复合供能系统更有利于维持土壤温度的稳定。516O16125-65001000IMO20002500时何（小时）图3连续运行一个供暖季土壤平均温度变化图4为连续运行十年复合系统与常规地源热泵系统温度变化的比较。从图屮可以看出，相比常规系统，复合系统的土壤温度波动明显较小。在长期运行的情况下，随着土壤中冷量的累积，冬季常规地源热泵系统中土壤温度降幅越来越大。而复合系统的温度则相对稳定。复合系统提供的相对稳定工况在一定程度上可以提高地源热泵的性能。

8、—0合览源婕泵—常规地源熾泵O(p)I/才迈ft.图4连续运行十年土壤平均温度变化3.2地埋管出口水温的影响复合供能系统可以减少土壤温度的波动，因此对地埋管侧出口水温也会产生影响,如图5所示为复合系统与常规