土壤源熱泵間歇運(yùn)行冬季工況的試驗(yàn)研究

　　摘要：本文介紹了土壤源熱泵冬季間歇運(yùn)行工況的試驗(yàn)結(jié)果。在地源熱泵運(yùn)行過程中，通過可控間歇過程，地溫得以恢復(fù)，彌補(bǔ)土壤傳熱慢的不足；并改變了溫度變化規(guī)律和趨勢，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化換熱及熱泵機(jī)組良好的運(yùn)行工況。

　　關(guān)鍵詞：地能地溫恢復(fù) 土壤源熱泵間歇運(yùn)行

　　Abstract： This text introduced the intermittent movement test result of ground source pump in winter. Certificated that in ground source heat pump （GSHP）of geothermal energy utilization system，a concept of intermittent process（GSHP on or off）was proposed to restore underground temperature and compensate insufficient rock heat transfer.And changed the temperature variety regulation and trend . Intensify the heat transfer and good work condition of heat pump.

　　Keywords：geothermal energy；ground temperature restoration；ground source heat pump；intermittent movement

　　1、引言

　　地能是清潔可再生的自然能源，它具常年溫度穩(wěn)定的特點(diǎn)，是熱泵理想的熱源形式。然而，以土壤源為主體的地能系統(tǒng)，由于其傳熱能力較弱，需要較大的換熱面積和占地面積，設(shè)備的初投資較大，制約了該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展。因此，研究者們提出可控間歇運(yùn)行的思想[1].間歇概念是根據(jù)在建筑環(huán)境中供熱供冷系統(tǒng)機(jī)組運(yùn)行具有間斷性的特點(diǎn)和地溫的可恢復(fù)特提出的高效利用地能的有效措施。通過人為合理的控制熱泵機(jī)組的間歇運(yùn)行，能夠強(qiáng)化傳熱過程。如能充分利用間歇彌補(bǔ)地下傳熱慢的不足，就能實(shí)現(xiàn)充分換熱，最大限度地減少埋地?fù)Q熱器的鉆孔數(shù)，降低其初投資。

　　地下埋管換熱器的換熱井內(nèi)間歇性恢復(fù)過程可以改變其溫度變化趨勢，提高或降低平衡穩(wěn)定溫度，使熱泵機(jī)組在理想的工況下工作。對于吸熱井的溫降或放熱井的溫升，熱泵機(jī)組的運(yùn)行狀況主要受其溫降的最低溫度范圍和溫升的最高溫度范圍的影響?？刂茻岜脵C(jī)組進(jìn)出口理想的溫度是其高效運(yùn)行的重要保證。為此，本試驗(yàn)在可控間歇運(yùn)行的理論基礎(chǔ)上制定合理的運(yùn)行方案，對土壤源熱泵冬季運(yùn)行工況進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究[1，2].

　　2、試驗(yàn)系統(tǒng)

　　本實(shí)驗(yàn)溫度測量全部采用PT100銅－康銅熱電阻，允許誤差為±0.3℃，所有參數(shù)測點(diǎn)全部引入采控系統(tǒng)，實(shí)行不間斷自動采集和控制，并自動存儲數(shù)據(jù)。

　　溫度的測試主要是地下埋管管壁溫度測試，水溫測試。

　　（1）地下埋管管壁溫度測試

　　地下埋管實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)共9根地下埋管，在75米埋深和50米埋深的地下埋管管壁的測點(diǎn)

　?。?）水溫測試

　　本實(shí)驗(yàn)所測水溫主要是地下埋管進(jìn)出口水溫和熱泵機(jī)組進(jìn)出口水溫。

　　3、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

　　3.1 數(shù)據(jù)處理方法

　　3.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

　　根據(jù)已有運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，在穩(wěn)定的供暖季節(jié)中，通常熱泵機(jī)組在首開機(jī)時(shí)運(yùn)行3-4小時(shí)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)[4].因此，結(jié)合實(shí)際供暖需求及熱泵機(jī)組的運(yùn)行狀況，采用間歇運(yùn)行技術(shù)，彌補(bǔ)地下?lián)Q熱緩慢的不足，恢復(fù)換熱井溫，提高綜合效率。本實(shí)驗(yàn)以24小時(shí)為一個(gè)周期，人為地控制開停機(jī)的時(shí)間為 1：1和2：5[3，4]，以下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均為實(shí)測結(jié)果。

　　3.2.1 地下埋管換熱器壁溫變化狀況分析

　　24小時(shí)間歇運(yùn)行實(shí)驗(yàn)從2005年3月16日測試到3月19日。地溫的恢復(fù)狀況，這種間歇運(yùn)行工況對地溫的恢復(fù)是十分有利的，運(yùn)行5小時(shí)后，停機(jī)，管壁的溫度經(jīng)過5小時(shí)左右溫度恢復(fù)到與初始狀態(tài)相差0.2。C，機(jī)組繼續(xù)運(yùn)行4小時(shí)，以滿足用戶的供暖需求，而后停止運(yùn)行，管壁溫度經(jīng)過10小時(shí)恢復(fù)到初始溫度。為下一循環(huán)開機(jī)運(yùn)行提供較好的換熱條件。

　　3.2.2 熱泵進(jìn)出口水溫的變化

　　本實(shí)驗(yàn)采用的熱泵機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，出口溫度不能低于4 oC，當(dāng)?shù)陀谶@個(gè)溫度時(shí)熱泵將停止運(yùn)行。因此我們要在保證滿足用戶負(fù)荷需求的基礎(chǔ)上，盡量提高進(jìn)、出口穩(wěn)定溫度，保證熱泵在理想工況下運(yùn)行。

　　3.2.3 熱泵機(jī)組從土壤換熱器的取熱量

　　由于埋地?fù)Q熱器的吸熱，土壤的溫度場發(fā)生變化。機(jī)組剛運(yùn)行時(shí)，管內(nèi)的水的溫度與土壤溫度相差較大，取熱量迅速增加，隨著吸熱過程的進(jìn)行，土壤溫度降低，因此，運(yùn)行一段時(shí)間，地下埋管換熱器的換熱量達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

　　4、結(jié) 論

　?。?）可控間歇過程可以改變地下埋管換熱器周圍溫度變化的趨勢，冬季運(yùn)行工況下，能夠提高平衡穩(wěn)定溫度，使機(jī)組在理想的工況下運(yùn)行。

　?。?）通過合理的人為間歇控制，實(shí)現(xiàn)良好的地溫變化趨勢，能夠最大限度的發(fā)揮地下埋管換熱器的換熱能力。

　　（3）相同工況下，間歇運(yùn)行與連續(xù)運(yùn)行相比，實(shí)現(xiàn)充分換熱，最大限度的減少鉆孔數(shù)，降低初投資。

　?。?）本文提出的土壤源熱泵間歇運(yùn)行技術(shù)對在空調(diào)系統(tǒng)中充分利用地能具有重要意義和實(shí)用價(jià)值，有必要進(jìn)一步開展應(yīng)用間歇運(yùn)行技術(shù)后，地源熱泵機(jī)組節(jié)能特性的研究。

　　參考文獻(xiàn)

　　1. 高青，喬廣，于鳴，李明，白金玉，地溫規(guī)律及其可恢復(fù)特性增強(qiáng)傳熱研究，制冷學(xué)報(bào)，2003（3）：38-41；

　　2. 高青，喬廣，于鳴，李明，白金玉，地?zé)崂弥械牡販乜苫謴?fù)特性及其傳熱的增強(qiáng)，吉林大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，34（1）：107-111；

　　3. 金招芬，朱穎心，建筑環(huán)境學(xué)，中國建筑工業(yè)出版社，2004：59-60；

　　4. 徐秋敏，U型垂直埋管式地源熱泵地下傳熱特性的實(shí)驗(yàn)研究，大連理工大學(xué)，碩士論文2005：50-64.