空气-土壤蓄热式热泵系统的实测与模拟研究

为解决寒冷地区单供暖土壤源热泵系统运行引起的土壤热失衡问题,在邯郸某小区土壤源热泵系统的基础上,增设空气换热机组,构成空气-土壤蓄热式热泵系统。利用实测数据对蓄热季典型工况下地埋管进出口水温、蓄热量进行分析,结果显示室外气温较高时,地埋管进口水温和蓄热量较高,有利于地埋管蓄热。利用Trnsys软件建立系统仿真模型,分析不同因素对土壤温升的影响,模拟结果表明:适当增大空气换热器换热面积、空气流量均可提高土壤温升值,但温升趋势逐渐趋于平缓。当空气换热器传热系数为40.0 W/(m^(2)·K),土壤目标温升为3.0℃时,依据土壤温升的拟合曲线得到2个方案:方案1,空气流量150×10^(3)m^(3)/h,空气换热器面积9 494.4 m^(2);方案2,空气换热器面积13 494.4 m^(2),空气流量105×10^(3)m^(3)/h。方案1和方案2每延米地埋管分别需要对应匹配0.086 m^(2)和0.123 m^(2)的空气换热器面积。空气-土壤蓄热式热泵系统连续运行10 a后,方案1和方案2的土壤温度分别下降0.23℃和0.21℃,2个方案单位供暖面积费用分别为13.85元和12.67元,方案2优于方案1。

利用空气源热泵跨季节补热对单供暖地埋管地源热泵运行特性影响分析

针对大规模住宅小区单供暖地埋管地源热泵在实际运行中存在的问题,在对其运行现状进行分析的基础上,以其中一个项目为例,分析地埋管地源热泵在单供暖工况下长期运行时的土壤逐年温度变化和运行费用。指出应尽早抑制土壤温度进一步降低,使其稳定在较高水平,以保证系统持续可靠运行。提出以土壤年温度下降幅度为目标,利用空气源热泵跨季节补热解决土壤温度逐年下降的问题。研究结果表明,所计算项目从第5年开始补热,补热后每年供暖初期土壤温度为7.5℃左右,补热初投资为2.86元/米^(2),补热费用为2.71元/米^(2),供暖运行费用为9.35元/米^(2),年运行费用为12.06元/米^(2)。

空气源热泵-地埋管换热系统蓄热性能研究

对于热负荷占优的寒冷地区,土壤源热泵系统长期运行使得土壤温度逐年降低,非采暖季利用空气源热泵为地埋管换热系统进行蓄热可有效地解决土壤热平衡问题。以实际工程为支撑,对空气源热泵-地埋管换热系统进行蓄热性能测试,结果表明:系统平均制热量可达到空气源热泵额定制热量的2.17倍,系统平均能效比为7.2,地埋管循环介质平均温差为4.5℃,系统运行稳定。基于TRNSYS软件对蓄热过程进行模拟,结合实验数据验证模型正确性,结果表明:经蓄热后土壤温度从初始的15.8℃上升至16.4℃。蓄热期间,采用多目标优化法得到空气源热泵蓄热系统全天运行时最优工况:循环水泵总流量为100 m 3/h、空气源热泵总额定制热量为723.7 kW,在此工况下土壤目标温升为3.0℃时,系统能耗为474820.0 kW·h,增加的蓄热运行费用为3.96元/m 2。与传统热源燃煤、燃气、热电联产蓄热方式相比,空气源热泵蓄热系统的能源与环境效益显著。

跨季节空气-土壤蓄热式热泵系统可行性分析

为探讨空气-土壤蓄热式热泵(air-soil heat storage heat pump,ASHSHP)系统在寒冷地区的供暖可行性,以邢台市某住宅楼为研究对象,利用TRNSYS软件对ASHSHP系统进行模拟分析,系统模拟运行20 a时,定时蓄热模式与定温蓄热模式下,ASHSHP系统的土壤温降分别为2.20、1.26℃,机组性能系数(coefficient of performance,COP)均值分别为3.96、3.99,定温蓄热模式下系统的供暖效果更佳,对其进行可行性分析。结果表明:定温蓄热模式下ASHSHP系统比太阳能-土壤源热泵(solar-ground source heat pump,SGSHP)系统的能耗高0.90%,供暖总增值费用减少100.7万元;与传统燃煤锅炉、燃气锅炉、电锅炉供暖系统相比分别可节约32.27%、17.37%、60.83%的能耗,运行费用高于燃煤锅炉,但与其他两种供暖系统相比分别可节省约20.89%、60.83%;利用模糊分析法得到ASHSHP系统的环境优度略低于SGSHP系统,但远高于燃煤锅炉和电锅炉供暖系统。

跨季节空气-土壤蓄热式热泵系统运行特性分析

为解决严寒和寒冷地区单供暖土壤源热泵系统长期运行出现的土壤温度逐年降低问题,在充分利用现有设备的基础上,新增蓄热系统,与原系统结合使用,形成跨季节空气-土壤蓄热式热泵系统,包括直接蓄热和间接蓄热2种类型。以石家庄某单供暖住宅楼为例,利用TRNSYS软件建立跨季节空气-土壤蓄热式热泵系统仿真模型,并利用实测数据对模型进行验证。通过正交试验得到蓄热式热泵系统以总费用为评价指标时的最优方案,分析系统在最优方案下连续运行10年时的性能。结果表明:在土壤温度为10.6℃时,设置直接蓄热系统后土壤平均温度上升为15.2℃,土壤热平衡率为80.7%;在土壤温度为8.3℃时,设置间接+直接蓄热系统后土壤平均温度上升为15.5℃,土壤热平衡率为84.8%;与燃气锅炉相比,直接蓄热式热泵系统、直接+间接蓄热式热泵系统分别可节约供暖费用223.20万元和191.12万元,与燃煤锅炉相比,蓄热式热泵系统的环境效益显著。