基于運行策略的某復合式地源熱泵系統運行優化分析

李鵬斐

【摘要】我國國土遼闊，但是資源稀缺，所以我國在發展的過程中會盡量節約能源，多采用自然資源，以達到節能的效用。地源熱泵系統是現代常用的供熱系統，其最主要的優先就是高效節能，對周圍環境無污染，適合各類室內供暖。隨著現代技術的發展，人民可采用仿真軟件模擬系統運行，分析其運行情況，然后對系統進行設計優化，提高系統性能。本文主要基于運行策略分析某復合式地源熱泵系統的運行情況，并制定合理的優化策略提升系統性能。

【關鍵詞】運行策略;復合式地源熱泵系統;系統運行;系統優化

地源熱泵技術是我國近年來應用較廣的環保技術，尤其是土壤源熱泵受到大眾的歡迎，應用率較為廣泛，我國研究人員應該積極研究該技術，提升系統性能，在我國進一步推廣該技術。該系統主要調節大型公共場所的溫度，利用符合式的地源熱泵代替空調系統做好控溫工作。研究人員應該利用仿真系統對其運行進行模擬，分析其優化途徑。

1、復合式地源熱泵系統概述

所謂地源熱泵系統就是一種節能式控溫系統，該系統主要借助巖土層、地下水和地表水資源構成的供熱系統，該系統可分為水源熱泵機組、地熱能交換系統以及建筑物設備三部分。該系統類型主要有三種，分別為地埋管地源熱泵系統、地下水地源熱泵系統以及地表水地源熱泵系統，本文所研究的是復合式地源熱泵系統就是利用復合式地源熱泵作為冷熱源工作的系統。對于此類地源熱泵系統而言，其運行策略非常重要，選擇良好的運行策略，其系統會出現顯著差異，首當其沖的就是系統經濟性，如果研究人員為該系統制定的運行策略并不得當，該系統的運行效果及運行壽命就會受到影響。目前，很多研究人員都在研究該系統的優化，其研究要點在于冷卻塔和地埋管的復合形式。我國研究人員應該充分利用仿真系統模擬該系統的運行策略，以便能得出最佳優化方案。

2、復合式地源熱泵系統運行分析

本次研究的系統主要為復合型地源熱泵系統，主要由地埋管地源熱泵子系統與冷水機組+冷水塔子系統構成，在冬季主要由地源熱泵子系統承擔供暖任務，在夏季需要制冷時則需要系統中的冷水機組和地源熱泵子系統共同調節溫度，聯合制冷。

2.1數據采集及計算

在對該系統運行狀態進行監督時，需要采用專業的數據采集系統和監控系統，保證系統正常運轉。本次數據采集是利用該公共建筑空調系統運營方搭建的數據采集系統，該數據采集系統可對復合型地源熱泵系統運行期間的數據進行采集，工作人員可根據其數據反饋判斷系統的運行狀態。在本次數據采集過程中，主要采集地源熱泵系統各個設備機組的進出水溫度和流量，獲取數據信息就可完成計算。在夏季時，研究人員可通過獲取機組的進出水溫度和流量判斷地源熱泵機組和冷水機組的制冷情況，進而計算出該系統在制冷情況下的散熱量。通過能量守恒定律，研究人員就可計算出機組的性能。

2.2系統運行結果分析

本文選取某大型公共建筑的復合式地源熱泵系統在夏季的運行數據分析其地埋管性能和設備運行情況，根據復合式地源熱泵系統機組開啟情況得知該系統在夏季采取的運行策略：在夏季最少開啟一臺地源熱泵機組，制冷時主要以地源熱泵機組為主，冷水機組發揮輔助作用，兩個設備機組共同完成制冷任務。仔細判斷系統的運行狀態可發現，該系統的運行策略與當地的氣候有關，其主要可分為三個階段，第一階段是剛剛進入夏季，系統剛剛進入制冷期的狀態，其冷負荷不大，整個制冷工作主要由地源熱泵機組負責。通過研究該階段地埋管進出水溫度與地源熱泵機組承載負荷的變化情況可得知：①在熱泵機組承受負荷到一定數值時，地埋管的進出水溫度將會上升，初始上升速率較快，后來會逐漸穩定，其穩定時間與熱泵機組承擔負荷的數值成正比，其承擔負荷強度越大，穩定時間越長。②如果該系統持續工作，地埋管進出水溫度將會受到地源熱泵機組承擔負荷的影響呈現下降趨勢，因為該系統持續工作，土壤的熱擴散能力大于熱泵機組的冷凝器散熱能力，如果長時間運行，散熱速率較快，當附近土壤溫度恢復常態時，地埋管的進出水溫度將會呈現下降趨勢。進入第二階段后，外界溫度較高，制冷工作由地源熱泵機組和冷水機組共同負責，在該階段，地源熱泵機組與前一階段對比會出現停機間歇的時間，并且次數逐漸在增多。分析地埋管的進出水溫度和熱泵機組承擔負荷可得知，在該階段地埋管進出水溫度會相對穩定，進出水溫差也會逐漸減小，這表示該系統地埋管的換熱量逐漸減小。地埋管進出水溫度上升導致附近土壤的溫度升高。在地源熱泵機組停機期間，系統周圍的土壤會迅速恢復往常的溫度。進入第三階段，地源熱泵機組會進入長時間的運行狀態，其承擔的負荷逐漸增大，地埋水進出水溫度也逐漸升高。在該階段，如果使用一臺地源熱泵機組，地埋管進出水溫度明顯下降，如果采用多臺機組設備，地埋管進出水溫度將會迅速上升，這充分證明機組承擔的負荷與地埋管進出水溫度變化存在緊密關系。

3、復合式地源熱泵系統優化分析

本次研究的復合式地源熱泵系統的供冷裝置主要包括冷水機組和地源熱泵系統，兩個機組相互并聯，在運行時互不干擾，所以夏季時可將地源熱泵機組關閉，利用冷水機組單獨制冷。復合式的地源熱泵系統與傳統的地源熱泵系統相比更加靈活、多變。根據該系統的運行情況分析，如今的運行策略使得夏季地埋管進出水溫度上升，周圍土壤難以散熱，導致地源熱泵機組工作效率不高，所以可采用降低地源熱泵機組承擔負荷份額的方式優化系統，即在剛進入夏季制冷狀態時應先讓冷水機組制冷。進入盛夏季時，制冷仍要以冷水機組為主，并在清涼的時段關閉地源熱泵系統，讓其停機休息。通過減少地源熱泵機組運行時間，降低地埋管進出水溫度，讓周圍土壤溫度得到恢復，以便在下一階段能夠實現迅速換熱。

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