豎直埋管地源熱泵恒溫恒濕空調系統(tǒng)研究.pdf

1、利用淺層地熱能與熱泵技術相結合形成的為建筑物供暖、制冷的地源熱泵空調系統(tǒng)是可再生能源利用的有效方式。地源熱泵空調系統(tǒng)目前主要應用在普通舒適性空調中，但對室內環(huán)境需要常年提供恒溫恒濕空調的系統(tǒng)，地源熱泵在這類系統(tǒng)中的應用研究還鮮有報道。這類系統(tǒng)對空調需求穩(wěn)定、能源消耗較大。本文針對恒溫恒濕空調的特點以及夏熱冬冷地區(qū)的氣候特點，深入研究了豎直埋管地源熱泵恒溫恒濕空調系統(tǒng)。主要內容包括:
　　(1)為研究豎直埋管地源熱泵空調系統(tǒng)在恒溫恒

2、濕環(huán)境中的運行特性，建立豎直埋管地源熱泵恒溫恒濕空調系統(tǒng)理論分析模型，對地源熱泵空調系統(tǒng)的運行性能、地下埋管換熱器與土壤的換熱量和鉆孔周圍土壤溫度分布進行預測。
　　(2)為了對豎直埋管地源熱泵恒溫恒濕空調系統(tǒng)進行實驗研究以及對理論模型進行驗證，以上海地區(qū)某檔案館建筑為對象，構建豎直埋管地源熱泵恒溫恒濕空調實驗系統(tǒng)。建筑面積8000m2。系統(tǒng)主要包括地下埋管換熱器、兩臺額定制冷量為594kW的熱回收型地源熱泵機組以及再熱采用冷凝熱

3、回收的恒溫恒濕機組。其中地下埋管換熱器包括80m深、直徑160mm的鉆井280個，每個鉆井內布置DN32單U型管。制冷工況運行時，采用冷凝熱回收技術，將一部分冷凝熱用于恒溫恒濕機組內空氣的再熱，這樣不僅減少了向土壤排放的熱量，而且用冷凝熱代替了常用的電加熱來再熱空氣，節(jié)省了這部分的電能。
　　(3)對系統(tǒng)進行理論預測，預測得出上海地區(qū)全年地下埋管換熱器向土壤散熱量為2630GJ，從土壤中吸熱為2114.7GJ，熱不平衡率為19.6

4、％。在初始溫度為18℃時，運行一年后距鉆孔周圍土壤溫度上升為18.76℃。
　　(4)對地源熱泵恒溫恒濕空調系統(tǒng)進行全年實驗研究。得出冬季典型工況下，熱泵機組制熱COP達到5.2;夏季典型工況下，機組制冷COP達到5.1。連續(xù)運行一年，室內溫濕度控制在規(guī)定范圍內，滿足國家規(guī)范要求。地源熱泵空調系統(tǒng)在一年的運行時間內土壤溫度上升了0.7℃左右，冷凝熱回收對緩解土壤熱堆積的貢獻是68.14％。
　　(5)利用理論分析模型，結合實

5、驗研究，對系統(tǒng)長時間運行性能進行預測，找到合理的運行控制策略。結果表明隨埋管間距的增加，土壤溫度上升變慢，有利于系統(tǒng)穩(wěn)定運行，建議上海地區(qū)豎直埋管地源熱泵恒溫恒濕空調系統(tǒng)選擇埋管間距4m～5m，埋管深度80m～100m。系統(tǒng)連續(xù)運行15年后，采用熱回收技術時土壤溫度上升幅度比不采用熱回收時降低66.98％;室內設定20℃時，土壤溫度上升2.80℃，而如果室內設定為22℃，則僅上升1.03℃，土壤溫度上升幅度降低63.21％。