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某办公建筑地源热泵系统运行特性研究

时间:2011-01-04 19:21来源:未知 作者:冲锋 点击:
重庆大学 邢鼎鼎 彭亮 陈静 摘要:本文根据上海某办公楼采用的复合式地源热泵项目,对其系统的地源热泵的运行情况进行了分析。由于办公建筑仅在上班时间开启空调,地源热泵系统

重庆大学 邢鼎鼎 彭亮 陈静
摘要:本文根据上海某办公楼采用的复合式地源热泵项目,对其系统的地源热泵的运行情况进行了分析。由于办公建筑仅在上班时间开启空调,地源热泵系统是间歇运行的。因此在夏季制冷季测试温度值呈“上升—下降—上升”波动形状,土壤在夜间停机时能够进行自身的恢复。但是由于系统采用的是定流量设计,因此在制冷季初期末期和冬季常常出现“大流量,小温差”的情况,建议改造成变频水泵。
开发利用“重庆大学地源热泵设计模拟软件”对钻孔壁周围土壤平均温度全年逐时计算和模拟,并与实测结果进行对比,二者吻合较好。软件预测结果显示,该系统运行10年后,土壤平均温升仅为0.4℃。
关键词:地源热泵、办公建筑、地温恢复、模拟软件
0 引言
节能减排已经成为全球各国关注的焦点之一,地源热泵技术正以其显著的节能、环保特性,受到人们的重视和推广运用[1-2]。但由于实际地源热泵工程中地下埋管换热器的换热量大,埋管数量多,埋管较深,运行时间长,地下土壤特性复杂等特点,使得对地源热泵的相关研究主要还是以各个院校,研究机构搭建的试验平台为主,而这些实验台存在着换热量小,埋管数量少,深度浅,运行测试时间较短等方面的缺陷,不能完全反映实际工程中地下土壤温度变化,换热器井深换热量变化等相关特性。而已建成运行的工程中也相对缺少完整的测试数据。该办公大楼地源热泵项目从2007年5月份开始运行至今,运行状况良好。并且在地下埋管换热器下管时埋入了Pt100A级铂电阻测温计进行地下埋管换热器管壁温度的测试,输入电脑中进行记录,取得了大量的数据。
1工程概况:
上海市某办公楼项目,总建筑面积2000m2,设计冷负荷290Kw,设计热负荷178Kw。为了尽量满足取热和排热总量平衡,系统采用了一台地源热泵和一台风冷冷水机组作为冷热源。室外地埋管侧采用双U型垂直埋管,钻孔数量60个,孔径130mm,深度70m,单位井深设计换热量53W/m。施工时,在4口测试井的不同深度处贴附了Pt100A级铂电阻测温计,获得了从2007年5月第一次开机到2008年5月的平均地温和埋管进出口水温的逐时数据。
2负荷分析:
根据DEST软件对建筑全年能耗进行计算,夏季建筑冷负荷约为290Kw,冬季建筑热负荷约为178Kw。采用复合式系统能够减少地源热泵系统向地下土壤的放热,减少地源热泵取排热量的不平衡量。办公建筑的使用特点是白天使用率高,晚间使用率很低甚至为零。这种建筑特性决定了负荷的持续性若,在白天处于高负荷,在中午较短的时间内转为低负荷,下午上班后恢复高负荷,下午下班到第二天上班前负荷降低至零,这个时段为地源热泵地埋管换热器的恢复期。因此,在运行时间内,负荷强度平稳,负荷强度变化特性参数接近于1[3],冬季和夏季均是这种情况。因此对于地温恢复我们以夏季为例进行分析。
3实测地温数据分析
3.1地下土壤温度场变化
夏季工况下,地源热泵系统提取建筑热量,通过地下埋管换热器排放至土壤,导致土壤温度的升高。系统于2007年4月底完成运行前的调试后与5月份开始运行,一直运行至10月。图3.1为制冷期间地下四个测点的平均温度值。

图3.1制冷期各测点逐时平均温度值
由于该建筑为办公建筑,上班时间为星期一至星期五上午8:00到下午17:00,因此系统运行也根据上下班的时间进行间歇运行。从图3.1中可以看出地下温度呈“上升—下降—上升”不断重复的波动趋势,且随建筑负荷大小关系明显:5~6月为制冷初期,此时由于建筑热负荷较小,因此排放至地下的热量较小,温度波动幅度较小;7~8月为制冷中期,此时由于室外气候影响,建筑负荷较大,地温波动幅度较大,地温波动上升,地下测点平均温度最大值达到29.5℃;9~10月为制冷末期,此时建筑负荷也逐渐下降,地下温度波动下降。
3.2制冷典型日分析
制冷中期由于建筑负荷较大,根据负荷情况开启屋顶的风冷热泵,进行联合供冷。选取8月9日数据进行分析,图3.2中可以看出,通过前一日系统关机直至8月9日系统开机前,平均地温恢复到至22.03℃,可见此时由于建筑负荷较大,前日的土壤温度升高很快,系统停止运行后仅靠土壤自身的恢复,已经不能达到土壤的初始温度。当系统开机后,平均地温值迅速升高至25.68℃。随后地温呈逐渐上升的趋势,但升高速度比第1小时较缓和,此时土壤的温度比制冷4初期的土壤温度大6℃左右,且土壤的温度值没有呈现制冷季初期波动的情况,而是平稳上升,主要是因为系统在这段时间内由于建筑负荷较大,基本处于连续运行的状态,土壤温度也随之有了很大的提高。在18:00系统关机时达到最高的27.83℃。随后地温值又开始减小[4]。由于系统采用的是定流量设计,在制冷季初期末期和冬季常常出现“大流量,小温差”的情况,建议改造成变频水泵。 (责任编辑:冲锋)

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