气候条件对地源热泵系统性能的影响-外文翻译

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1、气候条件对地源热泵系统性能的影响摘要：在中国的建筑物中，初级能源的30%用于加热和冷却。在这方面应用最广泛的设备是锅炉和空调。在许多应用中，热泵是唯一-能满足加热和冷却要求的运行方式，因为他们可以利用建筑物周围的可再生能源。在本文中，对气候对应用地源热泵系统技术的影响进行了对比讨论。对结果进行分析能得11!以下结论：如果只从土壤中吸取热量，在两个月后，地源热泵附近的土壤温度将减少到20摄氏度以下。如果向土壤排入相同的热量三个月，土壤温度将会超过37摄氏度，那将不再适合于空调系统。为了使作为热源/冷源的土地资

2、源实现可持续利用，就应该使向土地排入的热量与从土地吸取的热量保持半衡。在一些热不平衡的工程实例设计中，一些措施是可以考虑的。关键词：气候条件；地源热泵；热不平衡1•导言用于家庭取暖和降温的能源消费量在世界能源消费量屮所占的比例是一样的。在屮国大约一半的初级能源是以煤的形式供给的，而煤是不可再生能源。在很多应用屮，地源热泵（GSHPs）是供暖和降温的最有效方式，因为它们依赖于建筑物周圉的可再生热源。LundJW（2000）指出地源热泵系统可以看成一个能高效利用能量的机械系统，而且比空气源热泵多了几个明显的优点

3、。主要有：（R他们消耗较少的能量来维持运转，（b）在极低的外界温度下，他们不需要补充热量，（c）他们使用较少的制冷剂，（d）他们的设计比较简单，并且后期的维修保养费用较少，（c）他们并不需要专门的设备去查找那些因暴露而风化的部位。不过，主要的缺点是初期投资比较高，大约比空气源设备高出30—50%。这是由于要花费额外的人力物力來埋设热交换器或者为能源提供一口储蓄井。但是，一旦安装完毕后，就整个系统的使用寿命而言每年的费用是比较低的，从而导致了净储蓄[ll2]o在地源热泵应用屮，对土壤热能的储存或提取是通过地热

4、换热器（G1IE）实现的。地热换热器和贴邻的土壤Z间的传热主要是热传导并在以一定程度上是以水分迁移的方式实现的⑶。因此，它主要依赖于土壤类型，温度和湿度梯度。热提取/储存的整个过程是暂时性的。从与地面水平或垂直铺设的管道提取/储存热量。热容量随潮湿程度和气候条件的变化而变化。因为热量的提取/储存会提高/降低土壤温度，温度完全复原是有可能的。纵向回路系统被认为运营操作较好，特别是在制冷模式屮⑷。但是，人们发现在高岀土壤饱和度50%的水分含量影响下，相对来说，热泵就没有实际价值了⑸。垂直式地热换热器通常是在垂直

5、钻孔屮插入一个或两个高密度聚乙烯U型管來充当接地坏路的，分别称Z为单U型管，双U型管或套管地热换热器。本篇研究报告分别在制冷和制热模式下，对这三种类型的地热换热器进行了性能分析。下一部分的描述屮，一套试验设备在一所大学研究的基础上第一次进行建造和测试，并在广州市成功实施。2•系统说明构成试验系统的示意图如图1所示。该系统主要由两个独立的环路构成：S）水环路，（b）冷媒环路。在水环路屮配置一个水塔，以补给足够的水。冷媒环路是由两个闭环铜管组成的。热泵的工作流体是R-22O图3屮给出了这三个地热换热器的主要特点

6、,图3中标有@）单U型管，（b）双U型管，和（c）套管。这些地热换热器在并联接法方式下运行。图2中描绘了地热换热器的配置线路。图1.地源热泵系统图2.地热换热器周围热电偶的分布地热换热器有30米的深度，换热器间的间距是5米。沿地热换热器垂直布置六个热电偶，用来获取土壤的温度。从上往下，这六个热电偶Z间的距离是10米、8米、6米、3米和3米（图2）。图2中的黑色圆点表示了热电偶的位置。热电偶的输出温度被传输到数据记录器中并记录在计算机中。热屯偶也被用來测量水和冷媒的进出口温度。为了获得地热换热器的进出口水温或

7、者冷凝器和蒸发器的冷媒温度，热电偶被安置在管内的各个测试位置。正如图1描绘的那样，转子流量计被用來获取每一个地热换热器的流速。制热循环转换到制冷循环是通过一个四通阀实现的。从夏季到冬季该实验室都能够适应。(b)(c)图3.垂直式地热换热器的钻孔示意图(a)双U型管(b)单U型管(c)套管3.结果与讨论对地源热泵进行的各项测试是在稳态条件下进行的，以确定整体系统的性能特点。对于每个钻孔，钻孔壁所反映的温度(土壤温度)是由构成地热换热器的两个部分加热达到的：一部分温度增加/减少是由于运行过程中钻孔本身的线源(U

8、型管)所导致的，另一部分是由土壤的湿度所导致的。204060天464442403a36g3230282sOJ温度90t&湿度70353432302826242220怡16U1210QJ温度42338900020天70龍60度O(a)夏季(b)冬季图4.不同季节周围空气的温度和湿度的分布土壤湿度主要受空气湿度的影响。图4中分别显示了夏季和冬季周围空气的平均温度和湿度的分布情况。该图显示夏季平均温度是29摄氏度，冬季