重庆地区医疗建筑复合式地埋管地源热泵系统研究

发布时间：2020-06-07 10:54

【摘要】：在当前社会对能源需求不断扩大的背景下,绿色节能的技术也愈发受到重视。地埋管地源热泵技术是一种建筑供冷供热领域的可再生能源应用技术,已经被我国列为未来行业内重点推广的技术之一,具有巨大的应用潜力。而我国医疗卫生行业能耗巨大,采用可再生能源技术能有效减少建筑运行造成的碳排放。为了进一步发掘地埋管地源热泵技术的节能潜力,使在医疗建筑中高效运行,本文针对重庆地区医疗建筑应用复合式地埋管地源热泵系统的若干问题进行研究,主要利用数值模拟的方法,研究分析医疗建筑的负荷特性、地埋管换热器的优化设计和冷却塔复合式地源热泵的控制策略等问题。首先,本文分析研究医疗建筑在建筑空间使用、建筑时间使用、暖通空调系统上的特点,并以重庆市某医院综合大楼作为典型建筑,使用DeST软件建立了重庆地区医疗建筑能耗模型,计算全年动态负荷。通过分析自然室温分布情况,确定重庆地区医疗建筑的供冷期为每年6月1日到9月30日,供暖季为12月1日到来年3月10日。在考虑一定不保证率的基础上,确定该建筑冷热负荷分别为2056.91kW与4484.34kW。分析发现医疗建筑具有新风负荷占比较大、各部门负荷指标之比在冬夏季差异较大、办公区域空调负荷特征与普通办公楼相似等特点。并从地埋管地源热泵运行特性的视角出发,分析研究该建筑动态负荷特性,发现其对地埋管地源热泵系统运行较为不利,需要设置辅助散热措施和完善运行控制方式等手段提高系统能效。其次,通过恒热流法进行现场岩土热响应试验,根据所得数据,利用“热阻分层法”将0~106m的土壤分为6个热阻分层,利用CFD软件建立四种不同埋管形式的地埋管分层换热模型,并对所建模型进验证,发现模拟与实测数据的全过程相对误差保持在±5%以内,且可以通过对样本的假设检验,可靠性较高。在利用复合式地源热泵工程一般设计方法进行设计的基础上,分析地埋管管群换热情况影响因素,总结提出该设计方法存在的问题。利用Kelvin线热源理论,着重优化地埋管管群换热器方案设计中的管群钻孔间距、地埋管埋管形式等问题,并从换热温差、总流量和总换热量的角度,筛选优化地埋管换热器和热泵机组的设计参数,最终利用经济性方法,得出该工程的冬夏季最佳设计方案,采用地埋管冬季进水温度6°C,夏季进水温度35°C,地埋管内流速0.5m/s,采用DN25双U埋管,管群钻孔间距4m,钻孔394孔。并总结地埋管管群换热器的优化设计方法。最后,详细总结分析现有冷却塔复合式地埋管地源热泵的运行控制策略,其中较为常用的包括调峰控制、定温控制、温差控制、时间控制等方法,发现现有控制方法存在的主要弊端和不足。在此基础上提出了基于负荷预测的冷却塔复合式地源热泵系统控制策略,该策略主要包括负荷预测、冷却塔出水温度预测和地埋管出水温度预测等几个基础模块。分析总结建筑负荷预测的研究状况,发现现阶段的负荷预测基本可以满足控制需求。利用Merkel热焓平衡方法建立冷却塔换热模型,得出冷却塔出水预测温度的计算式。利用叠加原理计算地埋管换热器钻孔壁温度,从而预测得出任意时刻的地埋管出水温度。最终制定基于负荷预测的控制策略的控制方法与流程,并简要分析说明该方法的节能优势。
【图文】：

流线关系,医疗建筑,占比

图 2.1 医疗建筑各部门流线关系Fig. 2.1 The relationship of flow line between all departments of medical constructio分析比较图 2.2 和图 2.3 可以发现，综合医院和中医医院的在各个功能配比上也具有相似性，门诊（包含急诊）、住院、医技和后勤办公部门的主要部分，这几部分的面积占比约为 90%以上。但与此同时，中医医合医院也具有门诊部门占比更多，医技部门占比更少的特点。3.3%19.0%35.7%24.0%9.0% 9.0%5.0%10.0%15.0%20.0%25.0%30.0%35.0%40.0%积占比面

项目效果

图 2.5 全年逐时干球温度统计ig. 2.5 Annual dry bulb temperature chart hour by ho院综合楼动态负荷模拟综合大楼，，位于重庆市潼南区，该建筑与医院积约 10588m2，总建筑面积约 56186.21m2面积为 40303.66m2，为一类高层公共建筑。建上 20 层，地下 2 层，建筑高度 74.70m。其中，2 层、3 层、5 层、8 层以及负 1 层和 1 层4 层、6 层、7 层及 9~17 层为医院住院病房，办公用房，设计床位数 600 床。该项目效果3/1 4/1 5/1 6/1 7/1 8/1 9/1 10/1
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU83

【参考文献】