重庆某土壤源热泵工程地埋管系统分区运行策略研究

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1、重庆某土壤源热泵工程地埋管系统分区运行策略研究重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：韩浩然指导教师：陈金华副教授专业：供热、供燃气、通风及空调工程学科门类：工学重庆大学城市建设与环境工程学院二O一五年五月StudyonPartitionOperationStrategyofBuriedPipeSystemforGround-coupleSourceHeatPumpSysteminChongqingAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMa

2、ster’sDegreeofEngineeringByHanHaoranSupervisedbyAss.Prof.ChenJinhuaSpecialty:Heating,Gassing,VentilatingandAir-ConditioningEngineeringFacultyofUrbanConstructionandEnvironmentEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaMay,2015中文摘要摘要土壤源热泵地埋管换热器周围土壤温度直接影响到地埋管换热器换热性能及冷热源系统的经济性，热泵系统

3、长时间不间断的运行，造成土壤温度持续变化，并导致换热器换热性能降低，机组效率降低及系统能耗增加。土壤源热泵短时间的间歇运行，能够利用土壤热恢复特性有效的缓解热累积现象，改善土壤的传热和增强地埋管换热器的换热能力。通常情况下热泵的间歇运行通过机组启停时间来有效控制，对于实际工程，机组的启停状态由建筑负荷特征决定，因此具有一定的局限性和随机性。本文从地埋管整个管群出发，在既满足建筑负荷要求，又保证机组运行条件下，通过对地埋管系统进行合理的分区控制，使土壤得到短暂的周期性间歇恢复时间，降低土壤温度，提高系统换热效率。本文依托于重庆市某工程项目搭建实验平台，以实测的的

4、方式研究了土壤的初始温度状况及土壤在冬夏季典型运行日、过渡季节恢复期中的土壤温度变化情况，并实时监测地埋管供、回水温度，系统水流量等必要参数。利用Fluent软件建立的地埋管换热器三维管群传热模型，运用实测数据对模型进行了土壤温度和进、出水水温的验证。根据所建立的模型，对土壤恢复特性进行了综合分析，研究了土壤在不同土壤导热系数、土壤比热容值、回填材料下冬夏季工况的恢复性能。最后根据实测分析研究的土壤恢复规律，提出了地埋管分区运行确定方法，并通过对冬、夏季地埋管在逐时负荷运行下的模拟计算研究，确定了本项目土壤源热泵系统最佳运行分区模式、分区方案以及全年分区运行控

5、制策略。实测研究表明，冬、夏季典型运行日由于建筑负荷大，负荷持续性强，土壤及供、回水温度均较为稳定，运行日一天的负荷累积对地埋管换热系统影响甚微。土壤温度恢复主要集中在过渡恢复期的前4天内，且第一天温度恢复程度最大，占整个冬季过渡期上降幅度的46.7%~51.3%，占整个夏季过渡期下降幅度的58.2%~73.1%。模拟研究表明，土壤温度恢复速率呈指数型下降的趋势，且土壤导热系数越大，土壤恢复越快；土壤比热容值越大，土壤恢复越慢，反之亦然；土壤回填材料导热系数在满足规范要求的范围内，对土壤恢复影响不大。根据地埋管分区方法，本项目土壤源热泵系统宜采用1种地埋管分区

6、模式，2种埋管运行方案。模拟根据负荷特征，将运行时间按负荷率（0~25%、25%~50%、50%~75%、75%~100%）及负荷满载前期和后期逐一划分为7个运行工况，并进行运行季度逐时负荷模拟计算。分区运行下，热泵系统能达到节能效果，且节能率大小与建筑负荷持续性、负荷大小、单井负荷承载率相关。夏季理论运行工况下，分区运行土壤温度总体I重庆大学硕士学位论文呈现周期性升高的趋势，回水最高温度理论方案1>理论方案3>理论方案2，回水平均温度理论方案3>理论方案1>理论方案2；夏季实际运行状态下，最佳分区运行方案1在工况1~7下地埋管出水温度降低0.63~2.00℃

7、，机组能耗降低1.84%~5.69%，水泵能耗增加1.75%~10.18%，系统总节能率为3.18%；冬季实际运行状态下，最佳分区运行方案1在工况2~6下地埋管出水温度升高0.32~1.86℃，机组能耗降低1.19%~7.69%，水泵能耗升高1.17%~9.26%，系统总节能率为4.85%。全年地埋管系统最佳分区策略为夏季采用分区运行方案1，冬季工况1、7采用连续运行，工况2~6采用分区方案1。关键词：土壤源热泵，间歇运行，土壤温度恢复，地埋管系统分区II英文摘要ABSTRACTThesoiltemperatureoftheverticalU-tubegrou

8、ndheatexchanger(GHE