冰源熱泵與地埋管地源熱泵聯合供暖系統仿真

1 概述

近年來，水源熱泵發展迅速

。對于以地表河流、湖泊等為低溫冷熱源的地表水源熱泵

，過低的取水溫度易導致蒸發器出水溫度過低，甚至無法制熱

。

夏熱冬冷地區供暖期地表水表面凍結情況比較多，冰層下未凍結的近冰點低溫水體蘊含著巨大熱能。低溫水相變制熱技術以過冷水動態制冰法為理論基礎

，提取低溫水與過冷水之間的熱量，為水源熱泵機組提供低溫熱源。這項技術突破了常規水源熱泵的應用局限，擴大了應用范圍，實現了對低溫水熱能的利用。

本文將低溫水相變制熱技術與水源熱泵機組相結合(本文稱為冰源熱泵機組)，采用TRNSYS軟件對冰源熱泵機組與地埋管地源熱泵機組聯合供暖系統(本文稱為聯合供暖系統)的運行特性及能效進行仿真。

2 低溫水相變制熱技術

低溫水相變制熱技術以過冷水動態制冰法為理論基礎

，將常規水源熱泵轉化為可在水源溫度0 ℃以下運行的全工況水源熱泵。系統流程見圖1。低溫水相變制熱系統主要包括過冷水換熱器、超聲波過冷解除裝置、冰水混合物分離裝置等

。對于過冷水換熱器：一個換熱通道與水源熱泵的蒸發器構成供熱循環，循環介質為質量分數15%的乙二醇溶液，將過冷水換熱器從過冷水側獲得的熱量傳遞給水源熱泵。另一個換熱通道與超聲波過冷解除裝置、冰水混合物分離裝置、預熱器等構成低溫熱源循環，提取低溫水制冰釋放的相變潛熱。

冰水混合物分離裝置出口低溫水流經冰晶過濾器，以防止冰晶進入過冷水換熱器發生凍堵。預熱器根據溫度傳感器8、9的溫度信號決定是否開啟，配合冰晶傳播阻斷器，防止進入過冷水換熱器的過冷水因溫度過低或者存在細小冰晶顆粒而提前結冰。過冷水換熱器出口過冷水在超聲波過冷解除裝置中解除過冷狀態，發生部分結冰，形成冰漿，最終在冰水混合物分離裝置中將冰晶分離。補水補充因分離冰漿造成的液體流失。

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3 聯合供暖系統

以南京地區某住宅建筑為研究對象，該建筑原采用地埋管地源熱泵機組供冷、供暖以及全年供應生活熱水，地埋管鉆孔數量185個，按5 m×5 m間距排布。投入運行6 a后，因冷熱負荷不平衡導致土壤出現冷堆積，供暖期難以正常供暖。

1.2.3 食物成分調整 適當增加精神分裂癥并2型糖尿病患者高纖維素等食物的攝入量，此類食物能夠對胃排空的速度控制，從而將患者的餐后血糖水平降低。若患者存在胃癱的情況，則應減少其高纖維素食物的攝入量，同時增加維生素C的攝入量[8]。

考慮到該地區供暖期低溫地表水源資源豐富，采用聯合供暖系統，將2臺地埋管地源熱泵機組中的1臺改造為冰源熱泵機組，從而組成聯合供暖系統。在一定程度上緩和土壤的冷堆積，有助于恢復土壤的熱性能。聯合供暖系統工藝流程見圖2。供暖期聯合供暖系統閥門開閉情況見表1。圖2中空心閥門為關閉狀態，實心閥門為開啟狀態。紅色、綠色、藍色實線為導通管線，黑色實線為非導通管線。紅色實線代表生活熱水、供暖熱水管線，綠色實線代表冰源熱泵機組管線，藍色實線代表地埋管換熱器循環水管線。供暖期生活熱水、供暖熱水由冰源熱泵機組、地埋管地源熱泵機組共同承擔。

4 研究對象與方法

采用TRNSYS軟件搭建模擬平臺，使用其中的Simulation Studio軟件包調用氣象、設備、計算、控制和輸入輸出等組件。聯合供暖系統仿真模型(軟件截圖)見圖3。針對供暖工況，對目標建筑建立DeST模型，得到目標建筑的負荷分布，將負荷導入TRNSYS軟件中用于仿真計算。

對比2017年11月15日的運行數據與模擬運行數據(以南京地區典型年供暖期氣象參數為條件)可知，兩者整體差異比較小，說明模型仿真結果可信。

式中

——地表水逐時溫度，℃

、

——回歸系數，分別取0.866、4.341

——某日逐時室外溫度，℃

② 熱泵機組耗電量

Δ

——某日室外溫度的日較差，℃

供暖設計熱負荷為977 kW，室內地面輻射供暖系統設計供、回水溫度為38、33 ℃。模擬工況為24 h連續運行，起止日期為當年11月15日至次年2月15日。冰源熱泵機組的額定制熱量為394 kW，額定供、回水溫度為45、40 ℃。地埋管地源熱泵機組的額定制熱量為505 kW，額定供、回水溫度為38、33 ℃。主要設備額定輸入電功率見表2。

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——時間，h

① 水泵耗電量

逐時地表水溫度的計算式為

：

5 仿真結果

建議：推薦常規進行多模式鎮痛，方法包括：使用羅哌卡因等藥物進行切口浸潤或周圍神經阻滯或中下胸段硬膜外阻滯控制傷害性疼痛；無禁忌證患者可使用NSAIDs藥物控制炎性痛，適量應用阿片類藥物治療重度疼痛。開放手術推薦聯合硬膜外鎮痛，腹腔鏡手術不推薦常規使用硬膜外鎮痛。

結合TRNSYS研究工具中Simulation Studio軟件包提供的組件建模，以冰源熱泵機組為基載主機，地埋管地源熱泵機組作為調峰熱源。主要控制內容包括：熱泵機組及動態制冰模塊啟停控制、水泵流量控制。以滿足生活熱水、供暖熱負荷為目標，控制策略包括：當總熱負荷在冰源熱泵機組額定制熱量60%以上時，開啟地埋管地源熱泵機組。利用溫差控制器監測建筑負荷側供回水溫差，并將溫差控制在一定范圍內。依據定溫差變流量的原則，控制水泵流量。

不同峰值含冰率、乙二醇溶液循環溫差下的供暖期平均含冰率、乙二醇溶液泵耗電量、冰漿循環泵耗電量見表3。由表3可知，低溫水相變制熱系統在供暖期并非始終保持滿負荷的制冰狀態，不同條件下平均含冰率均小于設定的峰值含冰率。在乙二醇溶液循環溫差一定的條件下，冰漿循環泵耗電量隨峰值含冰率增大呈下降趨勢。進一步分析發現，乙二醇溶液泵耗電量隨峰值含冰率的增大而增加。隨著峰值含冰率的增大，乙二醇溶液泵耗電量在低乙二醇溶液循環溫差下的上升趨勢明顯，在高乙二醇溶液循環溫差下的上升趨勢變緩。

在水源、土壤熱物性條件確定的前提下，對系統能效受含冰率、乙二醇溶液循環溫差的影響進行分析。含冰率為冰漿中冰晶的質量分數，峰值含冰率指允許最大含冰率，平均含冰率指供暖期平均含冰率。乙二醇溶液循環溫差指過冷水換熱器出口與冰源熱泵機組蒸發器出口溫差。

傳統乳液聚合過程為乳化劑分子形成膠束,膠束中溶解有單體,水相內水性引發劑分解生成自由基,然后與零散的單體反應生成的短鏈自由基進入增溶膠束,引發聚合,最終在膠束內形成聚合物.

不同峰值含冰率、乙二醇溶液循環溫差下的供暖期冰源熱泵機組耗電量、地埋管地源熱泵機組耗電量見表4。機組耗電量不含循環泵1、2的耗電量。由表4可知，隨著峰值含冰率增大，低溫水相變制熱系統承擔了更多熱負荷，冰源熱泵機組耗電量呈上升趨勢。峰值含冰率一定時，隨著乙二醇溶液循環溫差增大，冰源熱泵機組耗電量呈下降趨勢。地埋管地源熱泵機組耗電量對峰值含冰率、乙二醇溶液循環溫差的變化不敏感。

③ 季節能效比

不同峰值含冰率、乙二醇溶液循環溫差下的冰源熱泵機組季節能效比、地埋管地源熱泵機組季節能效比見表5。由表5可知，與地埋管地源熱泵機組相比，冰源熱泵機組能效比受峰值含冰率、乙二醇溶液循環溫差的影響更加明顯。在低峰值含冰率下，比較高的乙二醇溶液循環溫差對應較高的冰源熱泵機組能效。在高峰值含冰率條件下，過低的乙二醇溶液循環溫差不利于冰源熱泵機組能效的提高。

按洪武遵正書堂本《增修箋注妙選群英草堂詩余》、嘉靖本《精選名賢詞話草堂詩余》、萬歷本《類選箋釋草堂詩余》、四庫本《類編草堂詩余》在選錄此詞之后均有編者評語云：“愚觀《山谷集》有一曲詠煎茶，亦名《阮郎歸》云：‘烹茶留客駐金鞍，月斜山外山……’并附于此。”“亦名”之“亦”字頗可玩味，既言“亦”，則是兩首詞并非同一作者。筆者判斷此評語當為《草堂詩余》最初編選者所加，亦即南宋人之語。又《全芳備祖》作蘇軾詞。則是有兩條宋人視此詞非黃庭堅詞的證據，而所有署名為黃庭堅的版本均在明代及以后。所以筆者傾向于認為此詞非黃庭堅作。

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6 結論

① 水泵耗電量：低溫水相變制熱系統在供暖期并非始終保持滿負荷的制冰狀態，不同條件下平均含冰率均小于設定的峰值含冰率。在乙二醇溶液循環溫差一定的條件下，冰漿循環泵耗電量隨峰值含冰率增大呈下降趨勢。乙二醇溶液泵耗電量隨峰值含冰率的增大而增加。隨著峰值含冰率的增大，乙二醇溶液泵耗電量在低乙二醇溶液循環溫差下的上升趨勢明顯，在高乙二醇溶液循環溫差下的上升趨勢變緩。

② 熱泵機組耗電量：隨著峰值含冰率增大，低溫水相變制熱系統承擔了更多熱負荷，冰源熱泵機組耗電量呈上升趨勢。峰值含冰率一定時，隨著乙二醇溶液循環溫差增大，冰源熱泵機組耗電量呈下降趨勢。地埋管地源熱泵機組耗電量對峰值含冰率、乙二醇溶液循環溫差的變化不敏感。

③ 機組能效比：與地埋管地源熱泵機組相比，冰源熱泵機組能效比受峰值含冰率、乙二醇溶液循環溫差的影響更加明顯。在低峰值含冰率下，比較高的乙二醇溶液循環溫差對應較高的冰源熱泵機組能效。在高峰值含冰率條件下，過低的乙二醇溶液循環溫差不利于冰源熱泵機組能效的提高。

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