巖土技術交流：土壤源熱泵間歇運行冬季工況的試驗研究

　　摘要：本文介紹了土壤源熱泵冬季間歇運行工況的試驗結果。在地源熱泵運行過程中，通過可控間歇過程，地溫得以恢復，彌補土壤傳熱慢的不足；并改變了溫度變化規律和趨勢，實現強化換熱及熱泵機組良好的運行工況。
　　關鍵詞：地能 地溫恢復 土壤源熱泵 間歇運行
　　1、引 言
　　地能是清潔可再生的自然能源，它具常年溫度穩定的特點，是熱泵理想的熱源形式。然而，以土壤源為主體的地能系統，由于其傳熱能力較弱，需要較大的換熱面積和占地面積，設備的初投資較大，制約了該項技術的發展。因此，研究者們提出可控間歇運行的思想[1].間歇概念是根據在建筑環境中供熱供冷系統機組運行具有間斷性的特點和地溫的可恢復特提出的高效利用地能的有效措施。通過人為合理的控制熱泵機組的間歇運行，能夠強化傳熱過程。如能充分利用間歇彌補地下傳熱慢的不足，就能實現充分換熱，最大限度地減少埋地換熱器的鉆孔數，降低其初投資。
　　地下埋管換熱器的換熱井內間歇性恢復過程可以改變其溫度變化趨勢，提高或降低平衡穩定溫度，使熱泵機組在理想的工況下工作。對于吸熱井的溫降或放熱井的溫升，熱泵機組的運行狀況主要受其溫降的最低溫度范圍和溫升的最高溫度范圍的影響?？刂茻岜脵C組進出口理想的溫度是其高效運行的重要保證。為此，本試驗在可控間歇運行的理論基礎上制定合理的運行方案，對土壤源熱泵冬季運行工況進行實驗研究[1，2].
　　2、試驗系統
　　本實驗溫度測量全部采用PT100銅－康銅熱電阻，允許誤差為±0.3℃，所有參數測點全部引入采控系統，實行不間斷自動采集和控制，并自動存儲數據。
　　溫度的測試主要是地下埋管管壁溫度測試，水溫測試。
　?。?）地下埋管管壁溫度測試
　　地下埋管實驗系統共9根地下埋管，在75米埋深和50米埋深的地下埋管管壁的測點
　　（2）水溫測試
　　本實驗所測水溫主要是地下埋管進出口水溫和熱泵機組進出口水溫。
　　3、實驗結果分析
　　3.1 數據處理方法
　　3.2實驗結果分析
　　根據已有運行經驗，在穩定的供暖季節中，通常熱泵機組在首開機時運行3-4小時達到穩定狀態[4].因此，結合實際供暖需求及熱泵機組的運行狀況，采用間歇運行技術，彌補地下換熱緩慢的不足，恢復換熱井溫，提高綜合效率。本實驗以24小時為一個周期，人為地控制開停機的時間為 1：1和2：5[3，4]，以下實驗數據均為實測結果。
　　3.2.1 地下埋管換熱器壁溫變化狀況分析
　　24小時間歇運行實驗從2005年3月16日測試到3月19日。地溫的恢復狀況，這種間歇運行工況對地溫的恢復是十分有利的，運行5小時后，停機，管壁的溫度經過5小時左右溫度恢復到與初始狀態相差0.2。C，機組繼續運行4小時，以滿足用戶的供暖需求，而后停止運行，管壁溫度經過10小時恢復到初始溫度。為下一循環開機運行提供較好的換熱條件。
　　3.2.2 熱泵進出口水溫的變化
　　本實驗采用的熱泵機組正常運行時，出口溫度不能低于4 oC，當低于這個溫度時熱泵將停止運行。因此我們要在保證滿足用戶負荷需求的基礎上，盡量提高進、出口穩定溫度，保證熱泵在理想工況下運行。
　　3.2.3 熱泵機組從土壤換熱器的取熱量
　　由于埋地換熱器的吸熱，土壤的溫度場發生變化。機組剛運行時，管內的水的溫度與土壤溫度相差較大，取熱量迅速增加，隨著吸熱過程的進行，土壤溫度降低，因此，運行一段時間，地下埋管換熱器的換熱量達到穩定狀態。
　　4、結 論
　?。?）可控間歇過程可以改變地下埋管換熱器周圍溫度變化的趨勢，冬季運行工況下，能夠提高平衡穩定溫度，使機組在理想的工況下運行。
　?。?）通過合理的人為間歇控制，實現良好的地溫變化趨勢，能夠最大限度的發揮地下埋管換熱器的換熱能力。
　?。?）相同工況下，間歇運行與連續運行相比，實現充分換熱，最大限度的減少鉆孔數，降低初投資。
　?。?）本文提出的土壤源熱泵間歇運行技術對在空調系統中充分利用地能具有重要意義和實用價值，有必要進一步開展應用間歇運行技術后，地源熱泵機組節能特性的研究。