蓄热水箱-地源热泵系统在夏热冬冷地区运行特性研究

发布时间：2020-06-16 16:39

【摘要】：地源热泵技术是一种以土壤或地下水为热源或者热汇,通过消耗一定量的高品位能源将从土壤或者地下水的吸收的热量或者冷量转变位可用于建筑供热或者供冷的热量或者冷量的热泵技术。是现代热泵技术当中一种应用比较广泛的,利用可在生能源实现供冷供热的热泵技术。地源热泵通常以地埋管作为换热介质的输送管道,以水为换热介质,利用土壤或者地下水全年温变化幅度较小的特点,可提高热泵机组的能效,实现节能减排,节省运行费用,同时可以避免热岛或冷岛效应,避免对人员活动区的热环境带来负面影响。首先,笔者运用DeST软件计算了本文所研究项目全年逐时负荷,并分析了全年以及典型日负荷特性。在此基础上,笔者利用TRNSYS软件以及全年逐时负荷计算结果与岩土热响应实验结果模拟计算了地源热泵系统全年能耗、出水温度等参数,证实了地源热泵系统全年热不平衡性以及全年热不平衡对于机组系统能耗的不利影响,论证了采用蓄热水箱进行跨季节蓄冷的必要性。同时,笔者根据工程经验,最终确定用于模拟计算蓄热水箱型式为体积为3320m~3圆柱形水箱,运用TRNSYS软件模拟计算了原地源热泵系统在加入水箱之后的运行特性,并就出水温度、能耗等参数与原地源热泵系统进行了对比,同时将加入水箱后的地源热泵系统与原地源热泵系统的经济性、节能性与环境性进行了分析,验证了采用跨季节蓄冷技术对于地埋管地源热泵系统在热平衡性、节能性等诸多方面的利好。接下来,为进一步研究蓄热水箱-地源热泵系统的控制策略,笔者对跨季节蓄热水箱-地源热泵系统在不同控制策略下系统运行特性进行了对比,进而对比分析不同控制策略的优劣。为此,笔者在原先只考虑供冷的“低温出水”控制策略基础上,制定了只考虑水箱供冷的“33℃出水上限”控制策略以及同时考虑蓄热水箱全年供冷与供热的控制策略,对比了三种控制策略下热泵机组全年能耗以及埋管全年出口温度等参数,从节能性以及地源热泵热平衡性的角度对比分析了三种不同控制策略的优劣性。除控制策略优化外,笔者还针对水箱体积的优化展开了研究,研究结果表明,增大水箱体积有助于节能,但由于实际工程应用中可利用地下空间有限,因此不能无限增大水箱体积,基于此,笔者以单位体积全年承担冷负荷量为指标,对不同体积水箱的适用性展开了研究,最终确定最佳水箱体积为2075m~3,为日后同样形式系统水箱的选型方法提供了参考价值。除此之外,笔者还发现,当水箱体积增大到17181 m~3时,系统全年热不平衡度可降为0,表明了通过增大体积彻底消除地源热泵全年热不平衡存在理论上的可行性。最后,笔者研究了采用一定体积水箱代替部分数量埋管的可行性。笔者以埋管全年出口平均温度、埋管全年出口最高温度、埋管全年出口最低温度三者算术平均值为衡量指标,得出了蓄热水箱体积与地埋管钻孔数量之间的数学表达式,并对比了不同水箱体积与埋管钻孔数量组合之间埋管出口年最高温度、年最低温度、年平均温度、机组能耗等一系列参数,并且得出结论,随着水箱体积的增大以及埋管数量的减少,地埋管出口水温全年温度波动增大,且组全年能耗不仅受埋管全年出口温度影响,同时也受埋管出口温度全年波动幅度影响。此后,笔者以单位体积水箱承担负荷量为指标确定3320m~3水箱+120钻孔数量系统为最佳系统。
【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
【图文】：

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重庆大学硕士学位论文于结构参数相同的螺旋盘管相变蓄热换热器，盘管匝数越多的蓄的 R 值越大；而对于结构参数不相同的螺旋盘管相变蓄热换热器的蓄热体，即使蓄热体体积不同，但其 R 却基本相同；自然对流化过程影响很大，对 PCM 的凝固过程影响很小[11]。节蓄热技术国内跨季节蓄热技术主要用于寒冷地区太阳能-地源热泵复合式目的在于根据寒冷地区全年“热高冷低”的负荷特性，利用跨季地区“夏热冬用”以缓解地埋管全年热不平衡问题。上世纪 80 年成功开发出了四种跨季节蓄热方法，分别是蓄热水箱蓄热，碎石热，岩土含水层蓄热[12-16]。并且在工程上均取得了成功。蓄热水图如下[17]：

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图 1.2 碎石蓄热法Figure 1.2 Gravel-water thermal energy store热法的全称为“碎石-水蓄热法”，其蓄热介质依旧是水，将热入碎石体中利用碎石的保温特性蓄热，并根据碎石体内的温度季运行模式的切换。热法原理图如下：

【参考文献】