輔助冷卻塔復合式地源熱泵系統(tǒng)關鍵技術問題研究.pdf

1、地源熱泵是利用可再生能源的一種技術，充分利用大地作為低位冷熱源，為室內提供冷熱量，應用的速度在逐步提高。但在夏熱冬冷地區(qū)，建筑冷熱負荷不平衡導致土壤吸熱和釋熱不平衡，阻礙了地源熱泵系統(tǒng)的廣泛應用。而輔助冷卻塔復合式地源熱泵系統(tǒng)結合了地源熱泵技術和冷卻塔技術，既能解決土壤熱不平衡問題，又能充分發(fā)揮各自的節(jié)能優(yōu)勢，在合理的設計和控制下，能夠最大限度的降低系統(tǒng)能耗，成為地源熱泵系統(tǒng)應用研究的一個重點。為此，本文以夏熱冬冷地區(qū)24h需要連續(xù)供冷

2、（熱）的建筑為研究對象，對輔助冷卻塔復合式地源熱泵系統(tǒng)進行技術研究，主要分析了系統(tǒng)冷卻塔容量選擇和優(yōu)化控制兩個關鍵問題，同時討論了系統(tǒng)與大地耦合調節(jié)對熱平衡的意義。
　　首先，根據輔助冷卻塔復合式地源熱泵系統(tǒng)的組成，建立了系統(tǒng)主要組成部分的數學模型。對地埋管換熱器，為了得到與實際情況較為符合的模型，本文利用CFD軟件建立了三維管群模型，并進行了驗證。對冷卻塔，根據Merkel焓差法建立冷卻塔換熱數學模型，預測冷卻塔出水溫度。對機組

3、，根據機組生產廠家提供數據，擬合得到機組能效比與機組進水溫度的修正關系式，并考慮了部分負荷率對機組能效比的影響。利用UDF自定義編程將地埋管系統(tǒng)、冷卻塔系統(tǒng)和冷熱源系統(tǒng)的模型關聯(lián)起來。
　　其次，本文討論了不同系統(tǒng)形式的特點及其選擇，重點研究了輔助冷卻塔復合式地源熱泵系統(tǒng)的兩個關鍵參數：一是冷卻塔容量的選擇；二是系統(tǒng)的優(yōu)化控制，并提出了季節(jié)控制和日控制的概念。
　　對于冷卻塔容量的選擇，本文以某實際工程為例，對建筑的負荷特征

4、進行了分析，選擇出合適的系統(tǒng)形式，討論了三種不同的冷卻塔容量選擇方案。利用數值計算，分析了冷卻塔容量的大小對熱平衡、土壤溫度以及系統(tǒng)能耗的影響，以及結合建筑的負荷特征和系統(tǒng)的運行情況選擇冷卻塔容量的重要性。
　　對于系統(tǒng)的優(yōu)化控制，本文研究了季節(jié)控制對系統(tǒng)的影響，將一個制冷季劃分為過渡期、穩(wěn)定期和衰減期，計算分析了過渡期和衰減期采用冷卻塔獨立運行方式的優(yōu)勢。同時，比較了出水溫度比較控制和濕球溫度控制兩種日控制方式對土壤熱平衡以及系

5、統(tǒng)能耗的影響。結合季節(jié)控制和日控制，根據土壤溫度、系統(tǒng)能耗和土壤熱平衡三個方面，得到了最優(yōu)的控制策略。
　　然后，要正確理解土壤熱平衡問題，大地的自調節(jié)能力是不能忽略的。因此，本文對大地自調節(jié)能力進行了定義，結合某實際工程冬季地埋管地源熱泵系統(tǒng)多年運行數據和測試結果，通過數值計算方法進行了分析，并討論了系統(tǒng)和大地耦合調節(jié)對熱平衡的重要意義。
　　最后，對某實際工程夏季冷卻塔系統(tǒng)的運行情況進行了測試，分析了一天內有利于冷卻塔系