地源热泵系统的热回收分析

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1、建筑节能JIANZHUJIENEN张娟娟,等:地源热泵系统的热回收分析地源热泵系统的热回收分析张娟娟,程小菲,沈致和(合肥工业大学土木与水利工程学院,安徽合肥230009)摘要:土壤的热堆积问题是地源热泵推广应用过程中必须解决的问题,而热回收是实现土壤热平衡的有效途径。文章结合双冷凝器的设想,分析了一种全年均可进行热回收的地源热泵系统,同时给出了该系统地埋管长度的确定方法。结合对工程实例的具体计算结果表明,该系统能够有效解决热堆积,充分实现全年的放、取热量平衡。关键词:地源热泵系统;热回收;热量平衡;双冷凝器中图分类号:TU833文献标识码:A文章编号:1673-

2、5781(2011)01-0080-03地源热泵系统利用大地的低位热源对室内进行升的热堆积问题。温度调节。与一般的空调系统相比,其具有较高的蒸111系统原理发温度和较低的冷凝温度,节能环保效果显著,近年图1所示为双冷凝器热回收系统原理图,在制冷得到了大范围的推广。工况下,开关V1打开,V2关闭,地源热泵的蒸发器夏热冬冷地区每年炎热季节有3~4个月,寒冷侧与建筑内的空调用冷端进行换热,地源热泵的冷凝[1]天气有2~3个月,夏天需要制冷,冬天需要供暖。器2侧与地埋管换热,冷凝器1侧与储热水箱换热,但是,一般情况下该地区的夏季冷负荷大于冬季热负回收一部分冷凝热。在制热工

3、况下,开关V2打开V1荷,此时地埋管换热器对土壤的放热量大于取热量。关闭,地源热泵的蒸发器侧与地埋管换热,地源热泵地源热泵长期在此状态下运行会使土壤温度逐步升的冷凝器2侧与建筑的空调采暖端换热(过渡时期不高,埋管内介质与土壤的温差降低,减弱其换热能力,工作),冷凝器1侧与储热水箱换热。[2]进而影响系统性能。同时,放取热量的不平衡也导致土壤的热堆积,破坏土壤的稳定性,造成严重的生态危机。1系统介绍与分析生活热水生产设备一般按照历年最不利条件选取,夏季的运行效率较低,而空调的夏季冷凝热加重[3]了地埋管的换热负担。结合双冷凝器的设想,夏季1.用户末端2.集水器(用户

4、侧)3.节流设备4.蒸发器5.压缩机6.分水直接用地源热泵系统的冷凝热来制备热水,可满足用器(地源侧)7.地埋管8.集水器(地源侧)9.热用户10.蓄热水箱11.冷户的热水需求,同样,冬季和过渡季节也可以利用同凝器112.温控阀13.温度传感器114.冷凝器215.分水器(用户侧)一套地源热泵系统进行热水生产。该系统适用于夏图1热回收的系统原理图季空调负荷大于冬季采暖负荷的建筑,其优缺点还需该系统采用双冷凝器,冷凝器1吸收冷凝热生产要长期的实际运行来检验。生活用水,冷凝器2在制冷工况下向地下释放热量,本文对一种双冷凝器的地源热泵热回收系统进在采暖工况下供热给用户采

5、暖。行分析,证明其可以在减少地埋管长度的基础上,平112放、取热量计算衡冬夏两季土壤的冷热负荷。避免因系统长期在放、夏季工况下,该系统处理空调冷负荷向土壤放取热量不平衡的情况下运行造成的埋管周围温度上热,生产生活热水吸收热量,夏季的放热量也就是全收稿日期:2010-11-20;修改日期:2010-12-08作者简介:张娟娟(1986-),女,安徽合肥人,合肥工业大学硕士生;沈致和(1963-),男,安徽合肥人,博士,合肥工业大学教授.805工程与建设62011年第25卷第1期建筑节能张娟娟,等:地源热泵系统的热回收分析JIANZHUJIENEN[5-8]年的放热量

6、。根据文献[4]可以得到如下能量关系:管长度,即当冷凝热回收满足生活热水负荷时1000Qc(RP+RsFc)EER+1Lc=(9)(Tmax-Th)EERQf=Qf'-Qr1(1)EER当冷凝热回收不满足热水负荷时Qc=Qc'-Qw1(10)EER+1COP-1Qf=Qf'G-(Qr1-Qf'G)COP(2)冬季工况下,由热负荷与冬季热水负荷共同决定[5-8]EER+1地埋管长度,即Qf'=Qx(3)EER1000Qh(RP+RsFh)COP-1Lh=(11)其中,Qf为系统全年向地下的放热量,kW#h;Qr1为(Tl-Tmin)COP夏季加热生活热水需要的热量,

7、kW#h;COP为地源Qh=Qh'+Qw2(12)其中,Lc为由制冷工况确定的埋管长度,m;Lh为由热泵主机制热系数;G为热泵机组的热回收效率;EER为地源热泵主机制冷系数;Qx为夏季热泵机组供热工况确定的埋管长度,m;Qc为热泵处于最高进累计制冷负荷,kW#h。口流体温度时的制冷负荷,kW;Qh为热泵处于最低冬季工况下,地源热泵系统处理空调热负荷与生进口温度Tmin时的制热负荷,kW;RP为地下埋管管产生活热水均需要从地下取热,地埋管总的取热量为道热阻;Rs为土壤热阻;Tl为土壤年最低温度,e;二者之和。其能量关系如下:Tmax为制冷工况下热泵的最高进口流体温度

8、,e;Tm