地源热泵冬季供暖测试及传热模型
地表水源采集凝固热热泵系统冬季水温与热负荷的简化模型
2 冬季地表水温简化模型
冬季地表水温与气温相比 , 变化幅度较小 , 但地 表水通常采用大流量 , 因而较小的水温变化对工程 应用来说却很重要 。 冬季供热期间水温降低是室外气温与水环境的 相互作用与累积的结果 。 结合冬季水温的变化趋势 , 本文将冬季供热期分成四个时段 ( 第一至第四时 段) , 每个时段的水温分别作计算 , 各时段转折点状 况如表 1 所示 。 在第一时段 , 室外气温由5 ℃( 即供热 初始日) 下降到 - 2 ～ - 1 . 5 ℃止 , 共计 ( N 1 - 1) 天 , 此时段水面尚未结冰 , 在四个时段中此时段的水温 下降 速 度 最 快 ; 在 第 二 时 段 , 室 外 气 温 由 - 2 ～ - 1 . 5 ℃下降到冬季供暖室外计算温度 t′ a , 共计 ( N 2 ) - N 1 天 , 此时段水面开始结冰 , 水温下降速度较 快 ; 在第三时段 , 室外气温由冬季供热室外计算温度 t′ a 上升到0 ℃, 共计 ( N 3 - N 2 ) 天 , 此时段冰层进一 步加厚 , 水温下降速度逐渐缓慢 ; 在第四时段 , 室外 气温由1 . 5 ～ 2 ℃上升到5 ℃( 即供热期终止日 ) , 共 计 ( N zh - N 3 + 1) 天 , 此时段冰层开始开化 , 水温基 本不变 。
Simplified Models of Water Temperature and Heat Load in Winter for Surface Water Heat Pump System With Freezing Latent Heat Collection
QIAN Jian - feng , SUN De - xing , MENGJian - dong ( School of Municipal & Environmental Engineering , Harbin Institute of Technology , Harbin 150090 , China) Abstract :On the basis of the trends of surface water temperature in winter and the measured data , a practical and easy - to - use model of surface water temperature in winter is established , and the corresponding relation2 ship of water temperature , air temperature and heat load in surface water heat pump system with freezing latent heat collection is proposed. It provides a useful reference for the design and operating regulation of this system at heating status. Key words :surface water ;freezing latent het load
深圳利用地源热泵供冷供热的案例
深圳利用地源热泵供冷供热的案例背景深圳是中国南方的一个发达城市，由于气候炎热，空调需求量大，而且在冬季供暖方面也存在一定的需求。
然而，传统的空调和供暖系统对环境的影响较大，能源消耗高，排放物排放量大。
为了解决这个问题，深圳开始采用地源热泵技术来供冷供热，以减少对传统能源的依赖并减少环境污染。
案例1：深圳某商业办公楼的利用地源热泵供冷供热案例背景该商业办公楼位于深圳市中心，是一栋多层建筑，总面积约为5000平方米。
由于深圳的气候炎热，办公楼需要全年提供空调服务，并在冬季提供供暖服务。
为了减少能源消耗和环境污染，该商业办公楼决定采用地源热泵技术来供冷供热。
过程1.地源热泵系统的设计：在商业办公楼的地下安装了一套地源热泵系统。
该系统由地源热泵主机、地源换热器、地源井和地下管道组成。
地源热泵主机通过地源换热器将地下的热能吸收并传给热泵系统，然后再将热能通过地下管道分配到各个办公室。
2.供冷过程：在夏季，地源热泵系统通过地下的地源换热器将地下的低温热能吸收到热泵系统中，然后通过制冷循环将热能释放到室内，达到供冷的效果。
同时，热泵系统还将室内的热能通过地下管道排出到地下，以保持室内的温度。
3.供热过程：在冬季，地源热泵系统通过地下的地源换热器将地下的高温热能吸收到热泵系统中，然后通过加热循环将热能释放到室内，达到供热的效果。
同时，热泵系统还将室内的冷能通过地下管道排出到地下，以保持室内的温度。
4.能耗监测和优化：商业办公楼对地源热泵系统的能耗进行定期监测，并根据监测结果进行系统的优化。
通过优化系统的运行参数和调整工作模式，进一步减少能源消耗，提高供冷供热效率。
结果通过采用地源热泵技术，该商业办公楼取得了以下成果：1.能源消耗减少：与传统空调和供暖系统相比，地源热泵系统的能源消耗减少了约30%。
这不仅减少了商业办公楼的运营成本，还减少了对传统能源的依赖。
2.环境污染减少：地源热泵系统减少了二氧化碳等温室气体的排放，对环境的影响更小。
地源热泵冷热水机组性能的ARMA模型
地源热泵冷热水机组性能的ARMA模型许伟明;王瑞祥;曹旭明【摘要】Auto-regressive and moving average model （ARMA） is an important method of time series analysis, as well as an effective means to find out the performance of ground-source heat pump （GSHP）. The ARMA model of GSHP was established with the return water tempe%自回归滑动平均模型（Auto-Regressive and Moving Average Model,ARMA）是研究时间序列的重要方法,是分析地源热泵冷热水机组性能的有效手段之一.建立了热泵冷热水机组使用侧回水温度Te2和埋管侧回水温度Tc2的ARMA模型,利用该模型对北京中关村国际商城可再生能源示范项目的地源热泵冷热水机组性能的实际运行状况进行了分析诊断.【期刊名称】《北京建筑工程学院学报》【年(卷),期】2011(027)002【总页数】5页(P51-55)【关键词】地源热泵冷热水机组;性能预测;ARMA模型;时间序列法【作者】许伟明;王瑞祥;曹旭明【作者单位】北京建筑工程学院北京市绿色建筑与节能技术重点实验室,北京100044 ;北京建筑工程学院北京市绿色建筑与节能技术重点实验室,北京100044 ;北京城建安装公司,北京100045【正文语种】中文【中图分类】TU822地埋管地源热泵空调系统在夏季,热泵冷热水机组把冷凝器的热量释放给土壤,蒸发器产生的冷水送至空调末端设备进行供冷.在冬季,热泵冷热水机组从土壤中吸收热量,冷凝器产生的热水送至空调末端设备进行供暖.[1]对地源热泵冷热水机组运行性能的精确预测是HVAC最优控制的前提,尤其在地源热泵技术的应用中,热泵机组运行性能的预测显得更为重要和必要.在实际工程运行中,地源热泵系统运行性能的观测较为容易得到的是使用侧和埋管侧的进出水温度,不易得到其流动介质的流量,使得传统的建模方法存在一定的局限性,不能对系统运行性能进行预测与在线诊断[2].Hikmet Esen等人应用神经网络模型(ANN)、加权神经网络模型(SWP-ANN)[3]、自适应模糊评价模型(ANFIS)[4]和支持向量机方法(SVM)[5]模拟预测水平埋管式地源热泵的热泵机组运行效率COP.输入参数:室外环境温度、室内房间温度、地下埋管 1m处的温度、地下埋管 2m处的温度、地下埋管进、出口温度和进、出冷凝器的空气温度,输出参数:热泵机组的 COP.比较 ANN、SWP-ANN、ANFIS和SVM的模拟的 COP值与实际的 COP值,得到 ANN的 RMS(根值平方)为 0.007 4,R2为 0.9999和 cov为 2.22;SWP-ANN的 RMS为 0.002,R2为0.999 9和cov为 0.076;ANFIS的 RMS为 0.0047,R2为 0.999 9和 cov为 0.136 3;SVM的RMS为0.002 722,R2为 0.999 999和 cov为 0.077 295.SVM模型优于神经网络(ANN)和自适应神经模糊推理系统(ANFIS),其因它含有较少变量和唯一的支持向量.人工智能模型(如:神经网络模型 ANN)广泛应用于 HVAC系统中,且主要研究集中在对制冷或制热机组性能的模拟,如Swider比较ANN模型和传统的经验模型的热泵机组稳态性能[6];Kalogirou和Bechtler等人利用 ANN模型模拟预测稳态的热泵机组的性能[7-8];Arcaklioglu和 Ertunc等人运用 ANN模型预测热泵机组的运行性能[9-10].目前,国内对地源热泵机组在整个系统中的运行特性的相关研究较少[11],大多还只是在实验研究阶段.由于在实际工程应用中,地源热泵机组结构复杂且影响机组运行特性的因素较多,传统建模方法很难达到精度要求[12].时间序列分析采用参数模型对所观测到的有序的随机数据进行分析与处理的一种数据处理方法,分析研究观测数据内在的各种数学统计规律,并利用现在和过去的观测数据来预测或控制未来值[13].时间序列分析不需要知道影响预测变量的因果关系,只要有足够多的数据量就可以建立一个合理的时间序列模型.通过时间序列分析可以适度检验理论性模型与数据的正确性,检验模型能否正确地表征所观测的客观现象;客观地描述系统特性及其运行状态,从而客观地认识并解释系统及其规律;预测系统的未来行为和控制系统的未来行为.时间序列分析按应用背景可分为预报分析,控制分析和诊断分析等.时间序列分析方法在地埋管地源热泵冷热水机组的应用研究很少,本文的研究目的是以北京中关村国际商城可再生能源示范项目的垂直埋管式地源热泵空调系统为背景,对项目验收资料中所记录的历史数据建立该项目热泵冷热水机组的 ARMA时间序列模型,得到机组使用侧和埋管侧回水温度的数学表达式,模拟预测机组的运行性能,并检验其R2、COV和 EEP值.结果表明:在只有有限对观测数据即机组使用侧和埋管侧的进、出水温度四组参数条件下,可利用 ARMA时间序列模型对机组运行状态进行分析,既能避免传统方法的缺点,又能满足运行性能的预测和在线故障诊断的需要.1 时间序列分析方法1.1 时间序列模型时间序列靠数据顺序和大小,蕴含着客观世界及其变化的信息.一般的时间序列由趋势变化、季节性变动、循环变动、随机变化四部分构成.时间序列是事物发展持续性的表征;是时间的函数但不一定时严格函数;每个时刻的取值具有一定随机性;前后时刻数据有一定相关性.AR模型、MA模型和ARMA模型是时间序列模型中最常用的三种形式,本文重点研究 ARMA模型.1.2 ARMA(Auto-Regressive and Moving Average Model)模型ARMA模型既揭示了观测数据的数学统计特性,也揭示了观测数据所对应系统的动态特性[14].对于一个平稳、零均值的时间序列{Xt},t=1,2,…,N,都可用下式 (1)表示:式中:Xt——时间序列{Xt}在 t时刻的元素;φi(i=1,2,…,n)——自回归参数;φj(j=1,2,…,m)——滑动平均参数;εt——残差序列,且εt为白噪声,服从均值为0,方差为σ2的正态分布,记为εt～NID(0,σ2).式(1)称为 n阶自回归 m阶滑动平均模型,记为 ARMA(n,m)模型.时间序列{Xt},可看成某一系统的实际输出,φi、φj和εt是基于 {Xt}按某一方法估计出 ARMA模型的参数,因而,系统特性与工作状态的所有信息都凝聚蕴含在这 N个数据大小和先后取值之中,不仅可依据 ARMA模型进行系统分析、模式识别、故障诊断,而且还可复原原始信息.1.3 时间序列分析方法时间序列是系统历史行为的客观记录,包含了系统动态特性的全部信息,同时,这些信息也具体表现为时间序列中观测值之间的统计相关性.时间序列分析方法从系统角度来看,它表现着相应系统的动态过程,包含着系统的输入、系统本身的特性、系统同外界相互联系三者的关系.2 地源热泵冷热水机组模型的建立与性能模拟地源热泵冷热水机组使用侧的实际进出水温度在运行中主要受到建筑的负荷、连续/间歇运行模式和机组运行性能的影响,地埋管侧的实际进出水温度在运行中主要受到土壤温度、建筑负荷和连续/间歇运行模式的影响.地源热泵机组不仅要和空调末端系统负荷相匹配,还要和地下土壤的温度变化特性相适应.本文将地源热泵冷热水机组整个系统看作一个“黑箱”,基本不考虑系统内部的具体结构和干扰因素,而是通过分析历史观测输入与输出数据,建立冷热水机组使用侧回水温度和埋管侧回水温度与输入输出参数的数学模型,利用此模型模拟预测机组运行性能,从而为机组的优化运行提供依据.2.1 地源热泵冷热水机组模型建立图1为地源热泵冷热水机组结构示意图,在机组运行过程中,组成该系统的各个部件同时在运行,对系统的状态产生影响,每个部件的运行参数与其他部件的运行参数是相互影响,相互关联的.图1 地源热泵冷热水机组工作原理从系统辨识的角度看,其输入参数为使用侧供水温度和地埋管侧供水温度,输出参数为使用侧回水温度和地埋管回水温度,基于 ARMA(n,m)模型建立输出参数与输入参数之间的关系:[15]式中:Te1,t——在 t时刻使用侧的供水温度,℃;Te2,t——在 t时刻使用侧的回水温度,℃;Tc1,t——在 t时刻埋管侧的供水温度,℃;Tc2,t——在 t时刻埋管侧的回水温度,℃;A、B、C、D、E、F——模型的阶数 ;α、β、γ、ω、λ、θ——各项系数 ;——白噪声.2.2 ARMA(n,m)模型求解现以北京中关村国际商城可再生能源示范项目的垂直式埋管地源热泵冷热水机组采暖时期的运行数据为基础利用式(2)、(3)确定该冷热水机组输入输出参数之间的定量关系.该商场利用土壤源热泵技术作为冬季空调热源和夏季空调冷源.其冷热水机组 3台,单机制冷量 2 388 kW,制热量 2 206 kW.地下换热器共 1 060个,设计孔深为 123m,采用双U型埋地换热器.数据采集:2009年 2月份地源热泵冷热水机组采暖时期的使用侧进、出水温度(Te1,t、Te2,t)和埋管侧进、出水温度(Tc1,t、Tc2,t).商场采用间隔运行模型,冬季每天运行 13 h,共测得 189对有效运行数据,见图 2(图中未标示机组不运行情况).图3所示冬季某天使用侧和埋管侧供、回水逐时温度.在实际观察中得到的时间序列大多数都是非平稳的,需对 189对有效数据进行预处理(直观分析、特征分析、相关分析),并进行数据平稳性(季节项提取、趋势项提取、周期项提取)检验和零均值处理,确保输入数据为平稳时间序列{Xt}.采用广义最小二乘法分别计算公式(2)、(3)中不同阶次 A、B、C、D、E、F的各项系数,对应的 Te2、Tc2模拟值与实际值差值的标准方差R2、协方差COV和期望偏差百分率 EEP,从而确定阶次和各项系数.利用 MATLAB求得 Te2、Tc2的表达式[16-17],如式(4)、(5):图2 进出地源热泵机组水温图3 冬季某天地源热泵机组供回水逐时温度3 模型正确性验证及结果分析为验证模拟结果的正确性,采用如下几个判断准则对模拟结果进行误差分析:3.1 标准方差(R2)式中:ΔTi——模拟值与实际值的温度差值,℃;—差值温度的平均值,℃;n——模拟值的个数.3.2 协方差(COV)式中:E(X)——X的期望值.3.3 期望偏差百分率(标准方差和样本输出值中最大值的绝对值之比的百分数)(EEP)式中:ΔTmax——模拟值与实际值差值的最大温度,℃.3.4 结果分析通过计算式(4)、式(5)得到 2月份地源热泵冷热水机组运行时的使用侧、埋管侧模拟的回水温度如图 4、图 5所示(图中均未标示机组不运行的情况 ).Te2、Tc2的模拟值与实际值差值(ΔTe2、ΔTc2)的R2、COV和 EEP列于表 1.从表 1中可以看出,所Te2 Tc2建 ARMA模型的正确性.图4 使用侧回水温度模拟值与实际值图5 埋管侧回水温度模拟值与实际值表 1 模拟值与实际值结果分析项目R2 COV EEP ΔTe2 0.613 9 0.4155 0.361 1 ΔTc2 0.836 7 0.3888 0.309 9从式(4)可以看出某一时刻的使用侧回水温度与该时刻使用侧进水温度、埋管侧进水温度和前一时刻的使用侧回水温度有关,且受该时刻使用侧进水温度影响较大,供水温度反应的是建筑负荷作用的结果.同时,也反应了在使用侧进水温度不变的情况下,使用侧回水温度提高随埋管侧进水温度的升高而升高.从式(5)可以看出埋管侧回水温度受使用侧进水温度的影响较小,主要取决于过去一段时间的负荷变化.4 结论本文通过建立地源热泵冷热水机组的 ARMA模型,模拟机组冬季使用侧回水温度与埋管侧回水温度,得到 Te2和 Tc2模拟值与时间值差值的 R2、COV和 EEP分别为0.613 9和 0.8367、0.4155和0.3888、0.361 1和 0.309 9.本文采用的时间序列分析方法可以不必考虑地源热泵冷热水机组的复杂构造,避免应用一些经验公式,同时也提高了模型的模拟精度.若样本数据可靠,可满足机组的运行性能预测和在线故障诊断的需求.参考文献:[1] 陆耀庆.实用供热空调设计手册:第 2版[M].北京:中国建筑工业出版社,2008[2] Nielsen H A,Madsen H.Modelling the heat consumption in district heating systems using a grey-box approach[J].Energy andBuildings,2006(1):63-71[3] Hikmet Esen,Mustafa Inalli et al.Forecasting of a ground-coupled heat pump performance using neural networks with statistical data weighting pre-processing[J].International Journal of Thermal Sciences,2008,47(4):431-441.[4] Hikmet Esen,Mustafa Inalli et al.Artificial neural networks and adaptive neuro-fuzzy assessments for groundcoupled heat pump system[J].Energy and Buildings,2008,40(6):1074-1083[5] Hikmet Esen,Mustafa Inalli et al.Modeling a ground coupled heat pump system by a support vector machine[J].Renewable Energy,2008,33(8):1814-1823[6] Swider DJ.A comparison of 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张善文,雷英杰,冯有前.MATLAB在时间序列分析中的应用 [M].西安:西安电子科技大学出版社,2007。
寒冷地区太阳能地源热泵供热供冷分析
关键词 太阳能地源热泵 寒冷地区 居住建筑 季节性蓄热 运行特性分析 供冷 供暖
①
本 文 提 出 的 太 阳 能 地 源 热 泵 （ＳＧＣＨＰ）供 热 供 冷系统是将太阳能热泵与地埋管地源热泵耦合的 系统。ＳＧＣＨＰ 系统有多 种 运 行 方 式：非 供 暖 季 通 过 太 阳 能 集 热 器 将 太 阳 能 收 集 起 来 ，并 通 过 地 埋 管 换 热 器 蓄 存 在 地 下 ，供 暖 季 再 把 热 量 从 土 壤 中 取 出 为 室 内 供 暖 ；供 暖 供 冷 初 期 、末 期 可 以 不 开 启 热 泵 ， 直 接 利 用 地 埋 管 换 热 器 从 地 下 取 热 取 冷 ；太 阳 能 充 足时，也可以不开 启 热 泵，直 接 利 用 太 阳 能 集 热 器 供暖，或者 地 埋 管 换 热 器 与 太 阳 能 集 热 器 联 合 供 暖。充分 利 用 了 太 阳 能，实 现 了 太 阳 能 的 移 季 利 用 ，减 少 了 能 耗 。
图 １ 建 筑 逐 日 负 荷
月１５日至９月１５ 日，平 均 冷 负 荷 为 ５．１１ｋＷ，总 冷 负 荷 为 ５４．３１ ＧＪ。
按 照 水 源 热 泵 机 组 设 计 工 况 冬 季 ＣＯＰ 取 ４．８，夏 季 ＣＯＰ 取 ５ 计 算 ，供 暖 季 累 计 取 热 量 为 １０７．５ＧＪ，供 冷 季 累 计 取 冷 量 为 ５３．９ ＧＪ。 如 果 热 量 仅 仅 来 源 于 浅 层 地 热 ，则 全 年 从 土 壤 取 热 量 比 向 土 壤 排 热 量 多 ５３．６ ＧＪ。 土 壤 得 热 与 失 热 严 重 不 平 衡 ，会 导 致 地 温 逐 年 下 降 ，破 坏 土 壤 生 态 平 衡 ，也 不 利 于 热 泵 的 供 热 性 能 。 所 以 需 要 补 充 热 源 ，减 少 从 土 壤 的 取 热 量 ，使 取 热 量 与 取 冷 量 基 本 持 平 ，所 以 本 系 统 设 置 了 太 阳 能 集 热 部 分 ， 在满足室 内 需 求 情 况 下 冬 季 直 接 利 用 太 阳 能 供 暖 ，过 渡 季 及 供 冷 季 将 太 阳 能 蓄 存 在 土 壤 中 ，供 冬季使用。 ２ ＳＧＣＨＰ 系统的设计及 ＴＲＮＳＹＳ 模型的建立
《黄土高原寒冷地区地源热泵单U形地埋管换热器动态换热特性的试验与模拟研究》范文
《黄土高原寒冷地区地源热泵单U形地埋管换热器动态换热特性的试验与模拟研究》篇一摘要：本文以黄土高原寒冷地区为背景，对地源热泵中单U形地埋管换热器的动态换热特性进行了深入的试验与模拟研究。
通过实地测试与数值模拟相结合的方法，探讨了换热器的性能表现及影响因素，为该地区地源热泵系统的优化设计和运行提供了理论依据和实践指导。
一、引言黄土高原寒冷地区因其特殊的地质条件和气候特征，地源热泵系统在供暖制冷方面具有巨大的应用潜力。
单U形地埋管换热器作为地源热泵系统的核心部件，其动态换热特性直接影响到整个系统的运行效率和性能。
因此，对单U形地埋管换热器在寒冷地区的换热特性进行深入研究具有重要的现实意义。
二、试验方法与材料本研究采用实地试验与数值模拟相结合的方法。
试验地点选在黄土高原寒冷地区的典型地区，通过安装单U形地埋管换热器，收集运行数据。
同时，建立数值模型，运用计算流体力学和传热学原理进行模拟分析。
试验所使用的单U形地埋管换热器材料为高分子复合材料，具有良好的耐寒性和换热性能。
三、试验结果与分析1. 动态换热特性试验结果通过实地测试，得到了单U形地埋管换热器在不同工况下的进出口水温、流量、土壤温度等数据。
分析表明，在寒冷地区，地埋管换热器在冬季供暖时，从地下吸收热量，进出口水温差异明显；在夏季制冷时，则向地下释放热量。
2. 影响换热特性的因素影响单U形地埋管换热器动态换热特性的因素包括土壤的热物性、地下水流动状况、换热器埋设深度及间距等。
其中，土壤的热物性是影响换热效率的关键因素。
3. 模拟研究通过建立数值模型，模拟了单U形地埋管换热器在不同工况下的运行情况。
模拟结果与试验数据基本吻合，验证了模型的准确性。
模拟结果还显示，通过优化换热器设计参数和运行策略，可以进一步提高换热效率。
四、模拟研究与优化建议基于模拟研究结果，提出了以下优化建议：1. 优化换热器设计：通过调整单U形地埋管换热器的结构参数，如管径、间距等，以适应黄土高原寒冷地区的特殊环境。
地源热泵实验指导书(1)
地源热泵结合辐射供冷供热系统测试实验指导书一.实验目的1.理解低温地板辐射供冷及供热系统的传热实验的基本原理；2.熟悉辐射供冷及供热系统的传热实验平台的结构形式；3.了解地源热泵系统的工作过程；4.熟悉整个试验平台的控制原理及系统的传热原理；二.实验原理地源热泵地板辐射供热系统由集热系统、热泵、供热系统环路组成。
集热环路主要包括：埋地换热器、集热水泵及管路系统组成；供热环路主要包括：地热盘管、循环水泵和管路系统。
试验平台主要包括室外埋地换热器系统、热泵机组系统、地板辐射盘管装置以及计算机测控系统等四部分组成。
其测试平台原理图下图所示：图1 地源热泵结合低温辐射供冷及供热系统楼板表面应采取保温隔热措施，防止热量向下传递。
本次实验采用的是厚度为12mm 的苯板，苯板表面有一层极薄的金属反射层——铝箔，可以有效减少向下的辐射散热，苯板之间通过透明胶布粘合。
地板构造如下图所示：图2 地板构造详图在苯板层的上面铺设水管，水管选用的是PEX交联聚乙烯管，管径为φ20mm。
这种管材具有良好的耐温性能，抗腐蚀力强，耐压性能好(能够承压 1.2Mpa)，并且易弯曲变形。
在水管铺设完后进行混凝土浇筑前要进行试压：先用空气压缩机进0.8Mpa 的气压实验；然后用自来水进行0.75Mpa 的水压实验，确保管道的严密性。
在热泵机组的主机的水源侧和用户侧都布置热电偶用来测试水源侧的进出水温度，计算出机组水侧的供热量（供冷量）。
如下式：inout p h t t c W Q -=ρ1式中W ——系统内水流量，s m /3；ρ——水的密度，3/m kg ；p c ——水的定压比热，取℃/1019.43⋅⨯kg J ；out t ——换热器出水平均温度，℃；in t ——换热器进水平均温度，℃。
三. 实验对象实验对象为室外地埋管系统相连接的热泵机组的系统及地板辐射盘管系统。
其主要设备如下： 1. 压缩机1台2. 蒸发器1个，冷凝器1个3. 膨胀阀1个4. U 型竖埋管5. 地板辐射盘管6. 循环水泵3台四. 实验装置1. U 型地埋管系统2. 设备间3. 试验房间4. 热电偶5. 红外线辐射测温枪6. 循环水玻璃转子流量计7. 空气温湿度自动记录仪8.计算机五. 实验步骤1. 熟悉地源热泵结合低温辐射供冷及供暖系统传热实验平台；2. 测量室外空气温度及湿度；2．开启地源热泵机组和机组相对应的水泵； 3．设定热泵机组的回水温度；4．待热泵机组运行一定时间后，观察热泵机组运行是否稳定，若还是不稳定，应检查热泵机组可能出现的问题；5．待热泵机组运行稳定后，利用空气温湿度自动记录仪测量室内空气 温湿度； 6.在地板、墙壁、顶棚上均匀布置测量点，测量开始测量地板温度、墙壁温度及顶棚温度及同时测量水侧及用户侧得水流量和温度，记录各测量4次（每15分钟一次）； 7. 根据热泵连接的计算机，读出热泵压缩机的电流，测量水泵运行时的电流； 8．实验数据处理；六. 数据处理1． 水侧供热量inout p h t t c W Q -=ρ1 （6-1）式中W ——系统内水流量，s m /3；ρ——水的密度，3/m kg ；p c ——水的定压比热，取℃/1019.43⋅⨯kg J ；out t ——水侧换热器出水平均温度，℃；in t ——水侧换热器进水平均温度，℃。
地下耦合地源热泵机组冬季供热性能分析与实验研究
文章编号: 1005 0329(2003)12 0051 04地下耦合地源热泵机组冬季供热性能分析与实验研究汪洪军,李新国,赵 军,李丽新,董玉平(天津大学,天津 300072)摘 要: 针对天津市一地下耦合地源热泵示范工程,对所采用的单螺杆式地源热泵机组各部件参数之间的相互关系和运行特征,建立了地源热泵运行特性分析模型,并对机组性能进行了数值模拟;同时,结合对该系统的冬季制热工况的实测实验数据,对地源热泵冬季典型运行工况进行了实验研究,并与模拟分析结果作对比。
结果表明,模拟和实验结果在数值上和变化趋势上均有较高的吻合度。
关键词: 地下耦合地源热泵;单螺杆;实验研究;供热系数中图分类号: TQ051 5;TH327 文献标识码: AExperimental Study and Analysis on Heating Operation of GCHPWANG Hong jun,LI Xin guo,ZHAO Jun,LI Li xin,DONG Yu pi ngAbstract: The in ternal relationships among the parameter of each components in heat pump wi th single screw compressor and i ts func ti on character in T ianjin District are analyzed.An accurate mathematical model to si mulate the dynamic process of the heat pump is es tabli shed.By the mathematical method and results of experi ment,the performance of the ground source heat pump i s simulated,and the resulte meet well with the experi mental datu m.Key words: closed circui t ground coupled heat pump(GC HP);single screw compressor;experimen tal study;heating performance co efficient1 前言地下耦合地源热泵(GC HP)是一种充分利用低位地能和可再生的季节能,节约高位电能的先进空调技术。
地源热泵夏季性能测试及传热模型
专题研讨地源热泵夏季性能测试及传热模型重庆大学程群英m罗明智孙纯武刘宪英摘要对50m深埋地下换热器地源热泵系统夏季间歇运行时的制冷性能进行了测试,分析了系统运行对地温的影响,提出采用混合系统来解决重庆地区冬夏季土壤中吸热、放热不平衡的问题,引入圆柱源理论建立了垂直U型管传热模型,模拟结果与实验结果吻合较好。
关键词地源热泵地下换热器传热模型性能测试Performance test of ground source heat pump systemsin summer and heat transfer modelB y Cheng Qun yin g n,L uo M in gzh i,Sun Ch unwu an d L iu X ianyingAbstract T ests the re fr ige ra ting perf o rma nce o f the gr ound so ur ce he at pump syste m w ith50-metr e-dee p buried under gr ound e xchange r oper ating inte rmittently in summer.Analyses the eff ect o f system oper ation o n under gr o und tem per at ur e.Suggests ado pting mixed syste m t o solve the pr o blem of the rma l imbalance betw een sum mer and w inte r in Chong qing are as.I ntro ducing the cy lindr ica l heat so ur ce theo ry, establishes a ve rtical U-type hea t tra nsfer mo de l.T he sim ulated re sults tally w ith the e xperimenta l data.Keywords g r ound so ur ce hea t pump,under gr o und exchang er,heat tr ansf er model,per fo r mance test n Chongqing Univers ity,Chongqing,Chi na①0引言据统计,2002年中国的建筑能耗约占总能耗的27.6%[1],建筑物中的大部分能耗主要用于供暖、空调和热水供应。
地源热泵埋管换热器传热模型及其应用[1]
![地源热泵埋管换热器传热模型及其应用[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/50fd62b1fd0a79563c1e724c.png)
低温热管地热利用试验及数值模拟
低温热管地热利用试验及数值模拟近年来，随着能源消耗量的不断增加和环境问题的日益严重，可再生能源已经成为人们越来越关注的焦点。
“低温热管地热利用”是近年来新兴的一种利用地热能源的技术，它可广泛应用于供暖、供热、制冷、空调、热水等多个领域，具有很高的实用价值。
本文将介绍低温热管地热利用试验及其数值模拟，来探讨该技术的可行性和应用前景。
一、低温热管地热利用的原理和特点1、低温热管地热利用的原理低温热管地热利用技术以地下水或地温为热源，通过低温热管和热泵系统进行能量传递，使地下热能转化为室内的供暖或制冷能源。
该技术主要包括三部分：地下水/地温热源、低温热管、热泵系统。
2、低温热管地热利用的特点（1）环保节能低温热管地热利用技术不会破坏地下环境，不会排放尾气，符合环保要求。
与传统的供暖方式相比，该技术能够节能减排，减少了化石能源的消耗，同时也有利于节约电力。
（2）稳定性好由于地下水或地温的温度具有很高的稳定性和保持能力，所以该技术能够稳定地提供热量或制冷需要，可以在不同的气候条件下获得高效的应用效果。
（3）应用范围广低温热管地热利用技术可以应用于建筑、工业、农业等多种场所，可用于供暖、供热、制冷、空调、热水等多个领域，并且技术成熟，已经得到了广泛的应用。
二、低温热管地热利用试验1、研究对象和试验方法研究对象：通过对某地区地下水温度和低温热管进行测量，建立低温热管地热利用试验的热源模型。
试验方法：采用实验室实验和现场测试的方法进行研究。
实验室实验主要是对低温热管进行物理实验，现场测试主要是对地下水和低温热管进行实时测试。
2、研究内容和结果分析（1）地下水的温度测量通过实时监测某地区地下水的温度，得到了地下水的稳定温度为14℃左右。
这为低温热管地热利用技术提供了可靠的热源。
（2）低温热管的物理实验在实验室中利用实验装置对低温热管进行了模拟操作，通过实验数据发现，低温热管具有良好的传热性质和热惯性，能够有效地将地下热源能量传递到室内。
土壤源热泵地埋管换热器计算模型
土壤源热泵地埋管换热器计算模型汇报人：2023-12-28•土壤源热泵地埋管换热器概述•土壤源热泵地埋管换热器设计计算目录•土壤源热泵地埋管换热器性能分析•土壤源热泵地埋管换热器优化设计•土壤源热泵地埋管换热器工程实例目录01土壤源热泵地埋管换热器概述定义土壤源热泵地埋管换热器是一种利用地下土壤作为热源和热汇的换热器，通过地埋管与地下土壤进行热交换，实现供暖或制冷的目的。
工作原理地埋管通常采用高密度聚乙烯管或无缝钢管，通过在地下钻孔或沟槽埋设，与土壤进行热交换。
在冬季供暖时，地埋管从地下吸收热量，通过热泵系统将热量提取到室内；在夏季制冷时，地埋管将室内的热量传递到地下土壤中。
定义与工作原理农业设施供暖在农业设施中，如温室、养殖场等，土壤源热泵地埋管换热器可以提供稳定的温度环境，促进植物生长和动物养殖。
游泳池和水景供暖在游泳池和水景等水体中，土壤源热泵地埋管换热器可以提供恒定的温度，保持水体的舒适性。
住宅和商业建筑供暖和制冷土壤源热泵地埋管换热器适用于新建和既有建筑供暖和制冷的需求，具有高效、节能、环保等优点。
土壤源热泵地埋管换热器的应用土壤源热泵地埋管换热器的优势与局限性优势土壤源热泵地埋管换热器具有高效、节能、环保、稳定等优点，能够满足不同建筑和设施的供暖和制冷需求。
同时，地埋管换热器不占用室内空间，对建筑布局和美观度影响较小。
局限性土壤源热泵地埋管换热器在设计和安装过程中需要考虑地质条件、气候条件等因素的影响，同时需要合理配置热泵系统和控制系统，以保证系统的稳定性和能效。
此外，地埋管换热器的初投资较高，需要综合考虑其长期运行成本和经济效益。
02土壤源热泵地埋管换热器设计计算土壤比热容表示土壤吸收或释放热量时温度的变化程度，计算时需考虑土壤的成分和密度。
土壤初始温度和边界条件确定土壤初始温度以及土壤与地埋管换热器的边界条件，有助于准确模拟地埋管换热器的传热过程。
土壤导热系数根据土壤类型、含水量、温度等因素计算土壤的导热系数，是地埋管换热器传热计算的重要参数。
地源热泵原理冬季夏季
地源热泵原理冬季夏季地源热泵是一种利用地下土壤或水体中储存的热能来进行供暖和制冷的先进技术。
它充分利用了地球的热能资源，实现了能源的高效利用和环境的保护，被广泛应用于建筑领域。
地源热泵的工作原理在冬季和夏季有所差异，下面将分别介绍。
冬季：地源热泵在冬季主要用于供暖。
当室内温度低于设定值时，系统会自动启动。
首先，地源热泵通过地下埋设的地埋管吸收地下土壤中的热能。
地下温度相对较稳定，一般在10℃到20℃之间。
通过地下热交换，热泵系统将地下的低温热能转移到室内。
热能经过蒸发器，使制冷剂从液态转化为气态，吸收空气中的热量，从而将室内的温度提升。
然后，制冷剂进入压缩机，压缩并提高温度。
高温高压的制冷剂通过冷凝器释放热量，使室内温度进一步升高。
最后，制冷剂经过膨胀阀降压，重新进入蒸发器循环使用。
这样，地源热泵通过不断循环热能转移，将地下的低温热能转化为室内的高温热能，实现了供暖。
夏季：地源热泵在夏季主要用于制冷。
当室内温度高于设定值时，系统会自动启动。
与冬季相比，夏季地源热泵的工作过程相似，但有所不同。
首先，地源热泵通过地下埋设的地埋管吸收地下土壤中的热能。
通过地下热交换，热泵系统将地下的低温热能转移到室内。
然后，制冷剂在蒸发器中吸热，将室内的热量吸收进来。
制冷剂经过压缩机压缩并提高温度，然后通过冷凝器释放热量，使室内温度降低。
最后，制冷剂经过膨胀阀降压，重新进入蒸发器循环使用。
这样，地源热泵通过循环热能转移，将室内的热量转移到地下，实现了制冷。
地源热泵的冬季和夏季工作原理基本相同，都是通过地下热交换来实现热能的转移。
在冬季，地源热泵将地下的低温热能转移到室内，起到供暖的作用；在夏季，地源热泵将室内的热量转移到地下，起到制冷的作用。
与传统的供暖和制冷方式相比，地源热泵具有很多优势。
首先，地源热泵利用地下的热能，不受气候和季节的限制，可以稳定、持续地提供热量或制冷效果。
其次，地源热泵的能源利用效率高，能耗低，节约能源，减少二氧化碳的排放。
土壤源热泵地埋管换热器计算模型
采用基于传热学的地埋管换热器 计算模型，考虑土壤的导热系数 、密度、比热容等参数，以及地 埋管换热器的传热系数和热阻等 参数。
计算结果
地埋管换热器的传热系数为4.2 W/m2·K，热阻为0.1 m2·K/W。 根据计算结果，该酒店的土壤源 热泵系统能够满足冬季供暖和夏 季制冷的需求。
07
结论与展望
土壤源热泵地埋管换热器计算模 型
汇报人： 2023-11-27
contents
目录
• 引言 • 土壤源热泵基本原理 • 地埋管换热器设计计算 • 土壤源热泵地埋管换热器模拟方法 • 土壤源热泵地埋管换热器优化设计 • 工程实与意义
要点一
背景
随着全球能源结构的转变，可再生能源在建筑领域的应用 越来越受到重视。土壤源热泵是一种利用地下土壤作为热 源和热汇的能源利用系统，具有节能、环保、可持续等优 点，被广泛应用于建筑供暖和制冷。地埋管换热器是土壤 源热泵的核心部件，其性能和设计对整个系统的能源利用 效率和使用效果具有决定性的影响。
计算模型
采用基于传热学的地埋管换热器计算模型，考虑土壤的导 热系数、密度、比热容等参数，以及地埋管换热器的传热 系数和热阻等参数。
计算结果
地埋管换热器的传热系数为3.5 W/m2·K，热阻为0.12 m2·K/W。根据计算结果，该办公楼的土壤源热泵系统能 够满足冬季供暖和夏季制冷的需求。
工程实例二：某住宅区土壤源热泵系统
研究结论
土壤源热泵地埋管换热器是一 种高效、环保的地源热泵系统
，具有广泛的应用前景。
本文建立了一种考虑非稳态 影响因素的土壤源热泵地埋 管换热器计算模型，能够较 准确地预测系统运行性能。
通过实例验证，该模型能够为 土壤源热泵地埋管换热器的优 化设计和运行管理提供依据。
地源热泵模型
• 令过余温度 θ = t － t0，满足 问题的格林函数( 即瞬时点热 源函数) 为
• 有限长瞬时线热源在无限大介质中引起的过余温度响Байду номын сангаас为
许多瞬时点热源的作用的叠加
• 在图 1 所示的动坐标系中，有限长线热源与 z轴重合，从
τ*= 0 时刻开始，以恒定的强度 q1发热，用当量渗流速度 U
代替地下水渗流速度 u，即热源以均匀的当量移动速度 U
• J。，J，，Y。，Y，分别为第一类和第二类贝塞尔函数，r。 为钻孔半径， • 无限长圆柱模型的建立所引入的假设前提与无限长线热源 模型中所作假设相同，只是将钻孔的几何尺度近似为一个 以钻孔半径为半径的无限长圆柱。圆柱模型包含两类贝塞 尔函数，以及半无限区间的积分计算，几乎不可能直接用 于工程实际。因此在求解无限长圆柱模型的理论解时，一 般采用近似解
5.3℃，说明自第7年经过过渡期的调整，土壤经过充分换
热维持现有状况，土壤温度不再继续下降。而相比之下无 渗流水情况时，土壤温度则逐年下降，虽然下降趋势变缓 但始终无法稳定。
• 图5为1—15年逐年供热期最不利COP的比较。有渗流水情 况的COP高于无渗流水情况，并且可以发现有渗流水的机 组COP从第3年起逐渐趋于定值，最终稳定在3.36左右;而 无渗流水情况则持续下降。这说明无渗流水情况下，机 组性能逐年下降，工况急剧恶化。
• 图6为1—15年逐年供热期最不利PER的比较。同COP变化 趋势相同，有渗流水情况PER优于无渗流水情况，且由于 土壤温度变化很小，机组PER几乎不受影响，始终保持在
0.84。而无渗流水情况则逐年恶化。
•
地热换热器的解析解模型
• 对于钻孔以外部分的传热，必须采用非稳态的传
《黄土高原寒冷地区地源热泵单U形地埋管换热器动态换热特性的试验与模拟研究》
《黄土高原寒冷地区地源热泵单U形地埋管换热器动态换热特性的试验与模拟研究》篇一一、引言黄土高原寒冷地区，由于气候条件特殊，地源热泵的应用显得尤为重要。
地源热泵系统中的单U形地埋管换热器是整个系统的关键部分，其动态换热特性直接影响着地源热泵的运行效率及环境适应性。
因此，针对黄土高原寒冷地区的地源热泵单U形地埋管换热器的动态换热特性进行研究，不仅具有理论价值，更具有实际应用意义。
二、试验方法与材料本研究采用试验与模拟相结合的方法，对黄土高原寒冷地区地源热泵单U形地埋管换热器的动态换热特性进行研究。
试验过程中，我们选择了特定地段的黄土作为试验土壤，并按照实际工程中的地埋管布局进行布管。
试验设备包括地源热泵、单U形地埋管换热器、温度传感器、数据采集系统等。
三、试验过程与数据分析试验过程中，我们记录了不同时间、不同工况下的地埋管进出口水温、土壤温度等数据。
通过对这些数据的分析，我们发现：1. 在寒冷季节，地埋管换热器在运行初期，由于土壤温度较低，换热效率较低。
但随着运行时间的延长，土壤温度逐渐升高，换热效率也相应提高。
2. 土壤温度的日变化幅度对地埋管换热器的运行效率有显著影响。
在日温差较大的情况下，地埋管换热器的运行效率更高。
3. 地埋管深度对换热效率也有影响。
在一定深度范围内，随着深度的增加，换热效率有所提高。
但当深度超过一定范围后，由于土壤传热性能的降低，换热效率反而下降。
四、模拟研究为了更深入地研究地源热泵单U形地埋管换热器的动态换热特性，我们采用了数值模拟的方法。
通过建立地埋管换热器的物理模型和数学模型，模拟了不同工况下的换热过程。
模拟结果与试验数据基本一致，证明了模拟方法的可靠性。
五、结论通过试验与模拟研究，我们得出以下结论：1. 黄土高原寒冷地区的地源热泵单U形地埋管换热器在运行初期，由于土壤温度较低，换热效率较低。
但随着运行时间的延长和土壤温度的升高，换热效率逐渐提高。
2. 土壤温度的日变化幅度对地埋管换热器的运行效率有显著影响。
《黄土高原寒冷地区地源热泵单U形地埋管换热器动态换热特性的试验与模拟研究》范文
《黄土高原寒冷地区地源热泵单U形地埋管换热器动态换热特性的试验与模拟研究》篇一一、引言随着全球能源需求的持续增长和环保意识的不断提高，地源热泵系统因其高效、节能和环保的特点，正受到越来越多的关注。
黄土高原寒冷地区，由于其独特的气候和地理特征，地源热泵的应用和其换热器的性能研究显得尤为重要。
本篇论文主要探讨黄土高原寒冷地区地源热泵单U形地埋管换热器的动态换热特性，通过实验与模拟相结合的方式，分析其性能及影响因素。
二、研究背景及意义黄土高原地区因其特殊的地质条件和气候环境，对地源热泵系统的运行效率提出了更高的要求。
单U形地埋管换热器作为地源热泵系统的重要组成部分，其动态换热特性的研究对于提高整个系统的能效比、降低能耗、优化设计具有重要价值。
因此，本研究的开展不仅有助于推动地源热泵技术在黄土高原寒冷地区的应用，也为类似地区的地源热泵系统设计和优化提供理论依据。
三、试验方法与模拟研究（一）试验方法本研究采用实地试验的方法，在黄土高原寒冷地区设置地源热泵系统，并进行长期监测。
试验中主要关注单U形地埋管换热器的运行情况，包括进出水温度、流量、土壤温度等关键参数。
同时，通过改变地源热泵的运行工况，如供回水温度、流量等，来研究不同工况下换热器的动态换热特性。
（二）模拟研究本研究还采用数值模拟的方法，通过建立单U形地埋管换热器的物理模型和数学模型，模拟其在不同工况下的换热过程。
模拟过程中，考虑了土壤的热物性、换热器的几何尺寸、流体在管道中的流动状态等因素的影响。
通过与实际试验数据的对比，验证模拟结果的准确性。
四、实验与模拟结果分析（一）实验结果分析通过实地试验，我们得到了单U形地埋管换热器在不同工况下的动态换热数据。
分析发现，在供回水温度、流量等参数发生变化时，换热器的换热量、进出水温差等关键指标也会发生变化。
此外，土壤温度对换热器的性能也有显著影响，土壤温度较低时，换热器的换热效率会降低。
（二）模拟结果分析数值模拟结果显示，单U形地埋管换热器的换热量、进出水温差等指标与实验结果基本一致。
土壤源热泵竖直U型埋管换热器冬季性能测试
摘 要 ： 对 土壤 源热泵 竖直 ｕБайду номын сангаас埋 管换 热器进 行 了冬 季性 能测 试。循 环 水质 量流 量分 别取
４ ０ ３ ５ ３０ ｔｈ各运 行 ５ｄ 测量 与埋 管井不 同距 离的 ３口测 温 井 的土壤 温度 。在 以埋 管 井为 圆 ． 、 ． 、． ／ ， 心的作 用半径 中 ， 距埋 管井较近 的测 温井土壤 温度 受 到埋 管 井温度 变化 的影 响较 大 ； 反之 ， 受埋 管 井温度 变化 的影 响较 小。随 着室外温度 下 降 ， 虽然埋 管换 热 器循 环水质 量流 量减 小 ， 土壤 温度还 但 是有 所下 降。热 泵机 组 平均制 热性 能 系数 、 单位 井深热 流量 随 着埋 管换 热 器循 环 水质 量流 量 的下 降有 所下 降。 关 键词 ： 土壤 源热 泵 ； Ｕ型埋 管换 热器 ； 性 能测 试 中图分 类号 ：Ｔ ９ ５ Ｕ ９ 文献标 识码 ：Ｂ 文章编 号 ：１ ０ ４ １ （ ０ ７ １ 一 ０ ４— ３ ０ ０— ４ ６ ２ ０ ） ｌ ０ ６ ０
ｔ ｂ ｌ ｉ ｍｏｅ ｉ ｆ ｅ ｃ ｄ ｂ ｅ ｔｍｐ ｒ ｔ ｒ ｈ ｎ ｅｏ ｅ ｂ ｒ ｄ ｔ ｂ ｅｌ ｎ ｔ ｅ ｃ ｎ ｒ ｒ ｔ ｓｌ ｓ ｕ ｅ ｗｅｌ ｓ ｒ ｎ ｕ ｎ ｅ ｙｔ ｅ ｅ ａｕ ｅ ｃ ａ ｇ ｆ ｈ ｕ ｅ ｕ ｅ ｗ ｌ ；ｏ ｈ ｏ ｔ ｙ，ｉ ｉ ｅ ｓ ｌ ｈ ｔ ｉ ａ
ＷＡＮＧ Ｊｎ ＹＡＮ ｅ—ｕ ｉｇ． ＧＷ ｉ ｏ ｇ （ ａ ｄ ｎＰ ｌ ｅ ｎ ｏｌ ｅ Ｈ ｎ ａ ５ ０ ｈｎ ） Ｈ ｎ ａ ｏ ｔ ｈ ｉ Ｃ ｌｇ ， ａ ｄ ｎ０ ６ ０ ，Ｃ ｉａ ｙｃ ｃ ｅ １
某写字楼地源热泵冬季供暖性能测试及节能分析
中图分 类号 ：Ｔ ８ ２１ Ｕ ３．
文献标识码 ： Ｂ
文章编号 ： ６ ８ ４ （ ０ ７）３ ０ ３ — ４ １０ — ４９ ２０ ０— ０ ００ ０
Ｏ 引 言
据 报道 ， 在不 提供采 暖 的条件 下 ， 占总建筑 面积 不 到 １％的公共 建筑 能耗 ， ５ 占总 建筑 能耗 的 ４ ．％。 ７３ 公共 组 的运行 ， 而影 响到整 个地 源热泵 系统 的制热性 能 。 从 本文 以北 京某 写字 楼 （ 公共 建筑 ） 的地 源 热泵 系统
土壤温度 比较稳定 ， 受室外空气温度影 响较小 ， 制热 、
制冷 系数 比空 气 源热泵 要 高 ，运行 费用 为普 通 中央空 调 的 ５ ％ ０ ０ ６％ ， 是一种 节 能 、 环保 和可 持续发 展 的空
调技术 ， 应该在国内得到大面积的推广 ， 特别是加大在
建 筑能 耗较 大 的公 共建筑 中应 用 。
建筑面积预计到 ２２ 年将增加 ６ ～ Ｏ ｍ ，如果不 为实验对象 ，测试了初寒期和末寒期地源热泵机组运 ００ Ｏ７ 亿 采取节能措施 的话 ，建筑能耗将增加 ３０ ～ １０ ３０ ４ ０ 亿 行时埋管水流量 Ｗ、 空调水流量 、 循环泵消耗功率 ｋ ，而 国家 至 ２２ Ｗｈ ００年公 共 建 筑 能 耗 的增 长 目标是 ｐ、 组 的 消耗 功率 ｐ 埋 管 水侧 进 、 口温度 （ ｔｔ 机 出 ｔ，ｕ ｉ ｏ） １０～ ４０ ｋ ，任务艰巨。为建设 节约型社会 ， １０ １０ 亿 Ｗｈ
和空调供热水侧 的进 、 口温度（ｉｔ ， 出 ， ）对机组在整 个 地 源热泵 系统 中的性能 系数 以及运 行稳 定性进 行 了
调 研 ， 分 别与 空 气源 热 泵 、 炉 取 暖进 行 了 比较 ， 并 锅 分
某图书馆地源热泵冬季两端供暖性能测试与分析
某图书馆地源热泵冬季两端供暖性能测试与分析王文晶;刘刚;孟祥来【摘要】T his paper analysis the heating perform ance of a G SH P system in a library through the testing data at the early and the end ofthe w inter.Resultsshow thatthe heating coefficientofG SH P is46.21% higherthan airsource heat pump,whileitsenergyconsumptionwillbe46.17% lowerthanASHP.Besides,GSHPisbetterthanheatingboilerwitha prim ary energy ratio of1.096.The advantage ofG SH P in schoollibrary ism ore obviousbecause itonly runsatthe early and the end of the w inter.%本文以上海地区学校图书馆地源热泵系统为研究对象，通过对初寒期与末寒期的供暖性能测试并进行分析，得出地源热泵系统比空气源热泵系统制热性能系数要高46.21%，而空气源热泵系统耗能却要比地源热泵系统起码高46.17%。
地源热泵一次能源利用率为E=1.096，要优于锅炉供暖。
对于学校图书馆这种冬季存在寒假不开系统的建筑，地源热泵系统在初寒期以及末寒期的供暖优势十分明显。
【期刊名称】《建筑热能通风空调》【年(卷),期】2015(000)004【总页数】4页(P61-63,10)【关键词】地源热泵;冬季两端;供暖性能;节能分析【作者】王文晶;刘刚;孟祥来【作者单位】东华大学环境科学与工程学院;东华大学环境科学与工程学院;东华大学环境科学与工程学院【正文语种】中文某图书馆位于上海市长宁区东华大学内，为东华大学延安路校区图书馆，图书馆共有地上三层，二层书库空调面积为1050m2，三楼外文书库空调面积为525m2，总空调面积为1575m2。
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地源热泵冬季供暖测试及传热模型3重庆建筑大学 魏唐棣☆ 胡鸣明 丁 勇 刘宪英提要 概述了国外地源热泵的发展情况,报告了在所建设的15kW浅埋竖管换热器地源热泵试验装置上做的冬季供暖效果测试,建立了地下浅埋套管式换热器的传热模型。
关键词 地源热泵 地下浅埋套管式换热器 冬季供暖 传热模型M e a s ure m e nt a n d h e a t tr a nsf e r m o d e lli n g of a s h a ll o wb uri e d gr o u n d s o urc e h e a t p u m p i n wi nt e r h e a ti n g o p e r a ti o nBy Wei T angdi★,H u M ingming,Ding Y ong and Liu X ianyingAbs t r a c t Out li ne s d e ve l op me n t of GS HP(g r ound s our c e he a t p ump)a b r o a d,r e p o r t s t he me a s ur e me n t d one t o a15kW GS HP wi t h s ha ll ow buri e d ve r t i c a l t ub e he a t e xc ha ng e r s i n he a t i ng op e r a t i on mo d e,a nd e s t a bli s he s a he a t t r a ns f e r mo d e l.Ke yw o r ds g r ound s our c e he a t p ump,s ha ll ow buri e d t he rma l w e ll t yp e und e r g r ound e xc ha ng e r,he a t i ng i n wi n t e r,he a t t r a ns f e r mo d e l★Chongqing Jianzhu University,China①1 概述地源热泵是以大地为热源对建筑进行空调的技术。
冬季通过热泵将大地中的低位热能提高品位对建筑供暖,同时蓄存冷量,以备夏用;夏季通过热泵将建筑物内的热量转移到地下对建筑进行降温,同时蓄存热量,以备冬用。
夏热冬冷地区供冷和供暖天数大致相当,冷暖负荷基本相同,用同一系统,可以充分发挥地下蓄能的作用。
地下蓄能系统的埋管可环绕建筑布置;可布置在花园、草坪、农田下面或湖泊、水池内;可布置在土壤、岩石或地下水层内;也可在混凝土桩基内埋管。
不必远距离输送,不必大面积开挖,也不占用地面,实是一种节能、对环境无害的绿色空调设备,符合可持续发展的要求。
“地源热泵”(GSHP)的名称最早出现在1912年瑞士的一份专利文献中,20世纪50年代欧洲出现了利用地源热泵的第一次高潮。
在此期间,Ingersoll和Plass根据K elvin 线源概念提出了地下埋管换热器的线热源理论,但当时由于能源价格低,系统造价高,未得到广泛应用。
70年代,石油危机把人们的注意力集中到节能、高效益用能,使地源热泵的发展进入了又一次高潮,此时地下埋管已由早期的金属管改为塑料管。
这个时期欧洲建立了不少水平埋管换热器的地源热泵,但主要用于冬季供暖。
80年代初开始,美国、加拿大开展了冷暖联供地源热泵方面的研究工作,不少文献报道了地源热泵不同形式地下埋管换热器的传热过程及模型,并有部分工程的运行总结和性能比较。
到目前为止,“地源热泵”的命名尚不统一,国外文献[1]称“地源热泵”(GSHP),文献[2]称“地耦合式热泵”(GCHP),文献[3]称“土壤—水热泵”;国内文献[4,5]称 3本文属国家自然科学基金资助项目,批准号为59778007“土壤热源热泵”,“土壤热泵”,“土地热源热泵”,“大地耦合式热泵”等;1997年建设部下发的《住宅产业现代化试点技术发展要点》中称作地热源热泵。
考虑到“热泵”的科学含义一个重要内容是“热源”,地源热泵突出了“热源”,而且简单顺口,笔者采用“地源热泵”这一名称。
笔者查阅了美国、加拿大80年代中期到90年代中期建成的冷暖联供的数十个地源热泵的工程实例[6,7],大多数采用的是U形竖埋管换热器,按其埋管深度可分为浅层(<30m),中层(30～100m)和深层(>100m)三种,埋管深,地下岩土温度比较稳定,传热模型比较简单,钻孔占地面积较少,但相应会带来钻孔、钻孔设备的经费和高承压PVC管的造价增加。
根据笔者的实践比较,埋深10～15m 的竖管要比埋深80～100m造价低60%～80%。
国外在中、深层埋管换热器传热模型及工程实例方面的文献报道较多,但浅层埋管方面文献报道甚少,本文研究主要集中在浅层埋管换热器地源热泵的试验及传热模型的建立。
2 试验装置及测试仪表根据竖埋单管试验结果[8],套管式换热器比U形管换热器传热效率高20%～25%,故试验装置采用了埋深10m 的套管式换热器5排15根埋管,错排布置,间距1.5m,孔洞与套管之间的缝隙用钻孔回收的岩浆回填。
为了研究水平埋管换热器和冷暖地板的性能,还安装了3m×4m,深2 m和1m的两层水平蛇形管,室内地板下埋设了冷暖地板蛇形换热盘管。
地下埋管换热器按总换热量15kW设计,・21・专题研讨 2000年第30卷第1期 ①☆魏唐棣,男,1963年2月生,讲师,在读博士研究生400045重庆市沙坪坝区重庆建筑大学城建学院(023)65121806收稿日期:1999-08-31所有埋管均采用普通PVC 管,壁厚2mm ,采用塑料焊接和丝扣两种连接方法,套管直径DN 50～90mm ,水路系统管径DN 15～25mm ,进入套管的水流向可以改变。
该试验装置地面安装了两台自行改装的水—空气热泵空调器,分别设置在26m 2和52m 2的房间内。
水侧换热器一台为钎焊板式换热器,一台为套管式换热器。
2台水泵为ISG 15-80型,流量0.5～2m 3/h ,扬程8～20m ,电机功率为0.18kW 。
为满足不同试验工况要求,管路系统均用阀门控制,两台空调器可单独运行,可并联运行;可单排管运行,可几排管同时运行,亦可水平管单独运行。
试验装置的平面布置及埋地套管形式如图1a ,b 所示。
图1 地源热泵试验装置平面图1压力表 2水泵 3放气阀 4转子流量计 5套管式换热器 6板式换热器 7管帽 8套管 9热电偶测点系统流量测试采用经容积法严格标定的1级精度的转子流量计;空调器瞬时耗电量用0.5级精度的D26—Ⅱ型功率表,累计耗电量用经电力局严格标定的精密电表测量;空调器运行时间用与空调器连锁的同步电钟计时。
在地下埋管的进、出水总管,部分套管的进、出水支管,套管深3m ,6m ,9m 处以及室内、外均设有测温点;为了观察套管内的热短路现象,在套管内的进(出)水管深0.5m ,9.5m 处也设有测温点,整个试验装置共有70余个温度测试点。
温度测试采用铜—康铜热电偶,二次仪表用精度0.2%的WP —L80型带打印的多路巡回测量显示控制仪,在使用前用高精度电位差计逐点进行了校验。
为了观察热泵空调器的运行情况,压缩机吸、排气管上安装了压力真空表。
3 冬季供暖运行效果测试试验装置1998年8月建成,9月投入使用,12月3日至1999年3月3日进行冬季供暖运行,在运行中对26m 2的A 室系统进行了全面测试。
测试工况包括单排管、多排管运行,定水量、变水量运行,空调器连续和间歇运行等内容。
图2是1999年2月6日至2月24日19天第Ⅱ排管单独运行,热泵空调器间歇工作,各参数的变化曲线,图中各温度值均为每天逐时的平均值。
由图2得到:①Ⅱ号排管连续运行19天供暖期间,室内温度在17～22℃之间,平均温度19.39℃。
地下埋管日平均吸热量<0=17.45kWh ;日平均耗电量P in =8.032kWh ;室内热泵空调器供热量<h =<0+P in =25.482kWh ;热泵性能系数CO P =(25.482/8.032=)3.17kW/kW ,较国家规定的家用分体风冷热泵空调器CO P =2.5的指标高27.2%;②根据实测值可以算出单位时间、单位埋管深度换热量q =(17450/(7.58×10×3)=)76.74W/m ,平均传热系数[8]K =(76.74/[18-(12.13+7.11)/2]=)9.16图2 19天供暖运行参数变化曲线图 注:热泵空调器全天24h 间歇运行,日平均运行时间7h 34min 44s (7.58h ),平均日耗电量8.032kWh ,水量395L/h 。
W/(m ・℃);③热泵运行2～3天后,地下岩土温度趋于稳定,距埋管1.5m ,3.0m 远处的岩土温度变化很小,表明间歇运行地下埋管换热器影响距离在1.5m 左右。
4 传热模型4.1 大地初始温度确定在传热模型计算中,需要大地初始温度t s ,由于浅埋t s受地表面温度影响较大,模型采用Kusuda 分析方程计算地温。
即根据中央气象局《中国地温》提供的各城市地表面平均温度t m 、年地表面温度波幅θd 和当地土壤热工性能,计算出各月、各深度Y 处的地温值,经与重庆、上海的实测值比较,其偏差在±0.40℃左右。
为此,笔者认为:为便于推广地源热泵和减少实测工作量,对于浅埋管可以取实际埋管深度地温的计算平均值作为设计依据。
冬季1月份供暖负荷最大,夏季7月份供冷负荷最大,地源热泵设计和计算,冬季取1月份地温平均值,夏季取7月份地温平均值。
重庆地区,地层为沙岩,埋深10m ,冬季大地初始温度为18℃,夏季为21℃。
4.2 传热模型参照V.C.Mei 地下竖埋管换热理论[10],在能量守恒基础上,由系统能量平衡结合热传导方程,对地下套管式换热器建立传热模型。
该模型假设为:①岩土是均匀的;②埋管内同一截面流体温度、速度相同;③岩土热物理参数不变;④不考虑热湿迁移影响;⑤忽略套管与岩土的接触热阻。
在这些假设的基础上,热泵为间歇运行,可以对各截面(见图3)的径向传热建立方程,通过截面推移得到温度场・31・ 暖通空调HV &AC 专题研讨图3 竖埋套管式换热器断面图分布。
4.2.1 热泵运行热泵运行时,管内流体从内管进入,外腔流出(参见图1bA -A 剖面),与内外管壁发生对流换热。
进入内管的流体与内管内壁的传热:-v 19T f19z +2λ1ρf c p f r 1・9T 19rr =r1=9T f19t (r ≤r 1,0≤z )(1) 内管管壁的导热92T 19r2+1r ・9T 19r =1a 1・9T 19t (r 1≤r ≤r 2,0≤z )(2) 环腔内流体与套管管壁的传热:v 29T f29z -2r 2λ1(r 23-r 22)ρf c p f ・9T 19r r =r 2+2r 3λ2(r 23-r 22)ρf c p f・9T 29rr =r3=9T f29t (r 2≤r ≤r 3,0≤z )(3) 外管管壁的导热:92T 29r2+1r ・9T 29r =1a 2・9T 29t (r 3≤r ≤r 4,0≤z )(4) 大地中的导热:92T s 9r2+1r ・9T s 9r =1a s ・9T s 9t (r 4≤r ≤r 5,0≤z )(5) 初始条件(t =0):T 1(z )=T 2(z )=T s (z )=T f1(z )=T f2(z ),已知:进液处表面的初始条件(z =0):T f1(t ,0)=f (t ),是已知时间的函数;换热器管底末端的边界条件(z =l ):T f1(t ,l )=T f2(t ,l )(6) 内管中流体与内管管壁处的边界条件:-λ19T 19r r =r 1=α1(T 1-T f1)(7) 环腔内流体与内管外管壁处的边界条件:-λ19T 19r r =r 2=α2(T f2-T 1)(8) 环腔内流体与套管管壁处的边界条件:-λ29T 29r r =r 3=α3(T f2-T 2)(9) 外管与大地交界处的边界条件:T 2=T s ,(r =r 4);则λ29T 29r r =r 4=λs9T s9r r =r 4(10) 假设的远边界处边界条件:T s =T s (z ),(r ≥r 5)。