寒冷地区埋管式地源热泵系统热平衡分析

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1、第33卷第11期可再生能源Vol.33No.112015年11月RenewableEnergyResourcesNov.2015寒冷地区埋管式地源热泵系统热平衡分析112李钰楠，杜震宇，姜振涛（1.太原理工大学环境科学与工程学院，山西太原030024；2.山东同圆设计集团有限公司，山东济南250000）摘要：以黄土高原寒冷地区埋管式地源热泵系统工程为平台，进行了为期两年的供热、恢复、供冷长期试验。在间歇制冷工况下，对换热井内岩土体的温度响应进行了研究。研究结果显示，开机30h后，岩土体温度趋于稳定，温度波动幅度为0.18~0.38℃；停机82h后，岩土体温度基本恢复稳定，温

2、度下降范围仅为0.06~0.19℃。通过对工程岩土体热平衡分析发现，单纯地以全年累计冷热负荷的差异来判断岩土体的热平衡是值得商榷的。建议从全年累计冷热负荷平衡和岩土体的温度响应特性两个角度进行综合分析，进而确定埋管式地源热泵的适用性，以保证埋管式地源热泵系统长期稳定可靠地运行。试验结果可为黄土高原寒冷地区埋管式地源热泵系统的推广应用提供参考。关键词：埋管式地源热泵；岩土体热平衡；温度响应；长期试验中图分类号：TU831文献标志码：A文章编号：1671-5292（2015）11-1679-07DOI:10.13941/j.cnki.21-1469/tk.2015.11.014

3、0引言孔深关系的研究表明：当夏季向地下释热累计量埋管式地源热泵技术是一种利用地表浅层地与冬季从地下吸热累计量均衡时，孔深不随运行热资源的高效节能环保技术。随着埋管式地源热时间变化；当夏季向地下累计释热量与冬季从地泵技术的快速发展，岩土体热失衡问题已成为制下累计吸热量不均衡时，地埋管换热器的换热性约该技术发展的瓶颈。一般来说，在地表10m以能下降；随着运行时间的延长，所需的设计孔深[8]下的岩土体温度可以保持长年稳定分布；岩土体呈对数曲线增大。MichelAB通过模拟分析认[1]～[3]温度变化状况是岩土体热量是否平衡的反映。为，岩土体的热平衡是个复杂多变的过程，它与地埋管与

4、岩土体的传热过程是一个复杂的非稳态复杂的分层地质差异、多变的地下水含量与流[4]传热过程，影响岩土体热平衡问题的因素很多。速、长期运行空调逐时负荷的变化等诸多微观因[9]，[10]国内外的专家学者针对埋管式地源热泵系统的热素有关，对其量化分析存在理论上的困难。平衡问题开展了大量研究。徐辉对夏热冬冷地区我国地域辽阔，巨大的地域差异造成室外气某市的实际工程案例进行了分析，认为地源热泵象参数差别较大，大部分地区的建筑物全年累计[5]系统热平衡问题是由建筑的冷热负荷决定的。马冷热负荷不平衡。目前，未见黄土高原寒冷地区宏权对夏热冬冷地区的武汉市某住宅小区的埋管埋管式地源热泵系统热平衡

5、问题的研究报道。本式地源热泵系统进行了分析，认为影响岩土体热文通过对在黄土高原寒冷地区应用的某埋管式失衡的两个最主要因素是单位地埋管换热器钻孔地源热泵系统的岩土体温度进行研究及分析认[6]深度年运行热净差和地埋管换热器的布置间距。为，不能简单地以全年累计冷热负荷的大小来评姚灵锋对寒冷地区的郑州市某花卉市场的地源热判岩土体的热平衡性以及确定埋管式地源热泵泵系统进行了分析，认为地源热泵系统热失衡问的适用性，还应考虑岩土体的温度恢复特性。题是由夏季累积释热量与冬季累积吸热量的不平1试验简介[7]衡率所决定的。RottmayerSP对岩土体热平衡与埋管式地源热泵系统工程位于山西省吕

6、梁收稿日期：2015-04-28。基金项目：山西省科技厅攻关项目（20130313004-1）；山西省科技重大专项（20131101016）。作者简介：杜震宇（1964-），男，博士，教授，主要从事暖通空调系统的节能研究工作。E-mail：dsdd2004@163.com·1679·可再生能源2015，33（11）山某高速公路站区，属于黄土高原寒冷地区。该站第Ⅰ组传感器第Ⅱ组传感器第Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ组传感器2区总空调面积为3500m，系统末端为风机盘管0m0m111加独立新风系统。地埋管侧共有82口直径为150-10m-10mmm，深度为70m的换热井，在井深40m左右为222含

7、水层。换热井布置方式为等间距阵列布置，井间-20m-20m距为4.5m；埋管形式采用单U型竖直埋管，U型333管采用外径为32mm的PE管，各井内U型埋管-30m-30m444采用同程方式连接。为全面测试埋管式地源热泵系统的温度变化-40m-40m555规律，选取3×3矩阵排列的9口换热井单元所包围的岩土体容积为研究试验区域。其中，中心处换-50m-50m666热井定义为A井，其余8口换热井分别定义为1~-60m-60m8号井。在换热井A周围另钻取3口测试井B，C，777D。测试井的大小、深度与换热井A完全相同，但