(1)冬季运行,地下埋管,进水温度5.5~7.5℃(平均7.15℃),出水温度11.5~13℃(平均12.13℃,温差5℃左右),热泵压缩机吸气压力0.45~0.5Mpa(t0在3~6℃);水-空气热泵排气压力1.4~1.65Mpa(tk在40~45℃);水-水热泵排气压力1.60~1.80Mpa(tk在45~50℃)。热泵运行7~10天后,进出水温度趋于稳定。
(2)冬季运行室内保持18~22℃(平均19.39℃),热泵间歇运行,月平均运行小时数7.58h,地下埋管单位温度换热量平均为77.93w/m,平均传热系数9.45w/mk。热泵性能系数COP=3.06kw/kw。
(3)夏天运行,地下埋管进水温度34~43℃(平均41.48℃),出水温度27~34℃(平均32.3℃),温差9℃左右,排气压力1.6~1.8Mpa(tk在45~50℃),热泵压缩机吸气压力,水-空气热泵P吸=0.45~0.5Mpa(t0在3~6℃),水-水热泵P吸=0.40~0.45Mpa(t0在1~3℃)。热泵运行20天后,进出水温度趋于稳定。
(4)夏季运行,室内保持21~27℃(平均23.38℃),热泵间歇运行,月平均运行小时数8.88h,地下埋管深度换热量90.6w/m,平均传热系数5.70w/mk,热泵制冷系数5.70w/mk,热泵制冷能效比EER=3.46kw/kw。
(5)地下埋管支路是三根竖管串联,经测试各竖管温差平均为1.9、1.5、1.6℃,表明各竖管传热基本均匀。
(6)地下埋管系统流量大小对埋管换热器的传热有重要影响,经变水量测试,每个支管环路1200kg/h左右为最佳流量,此流量相当供水支管水流速1m/s,本管内水流速0.1m/s。在最佳水流量下单位埋管深度换热量和EER到达最大值。
(7)经重庆几个工程实例比较,地源热系统造价比家用分体空调器造价要高40~50%,用节约的电费偿还期约为4~5年。
(8)经测试分析地下埋管内热短路现象严重,测试结果为0.3~0.4℃,占埋管换热量的20%左右,如何减小热短路,提高竖埋管的传热效率是需进一步研究的手段。
(9)建立完善的地下埋管传热模型,以确定不同地区,不同岩土性质下的最佳地下埋管换热器尺寸,继推广和发展地源热泵的关键技术,作为参照V.C.Wei地下埋管传热理论,采用系统能量平衡结合热传导方程建立了二维温度场数学模型,其中包括单管间歇(或连续)运行传热模型,串联套管传热模型,管群换热模型。该模型经验证,比实测值偏低10%左右,若经进一步完善和修正,对地源热泵系统设计及运行具有重要的参考及应用价值。
(10)正确了解热泵冬(夏)季运行终止至夏(冬)季热泵运行开始,这个过渡季期间内,大地温度的变化情况,是建立地下埋管传热模型的重要边界条件,也是保证地源热泵长期有效运行的重要数据。作为采用按径向和管长方向建立二维传热模型计算大地温度恢复情况,并编制了相应的程序,计算值与实测结果有很好的吻合性。
(11)经模型计算,地源热泵连续运行30天热影响最远的距离(即传热远边界半径)为6m左右,但经计算其不同距离埋管对竖管干扰引起的大地热阻变化已变小,其干扰程度已小于2%,因此认为埋管间距采用3m是可行的,这与实测结果是一致的。
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3、土壤及其黄砂混合物导热系数的实验研究
发展和推广地源热泵关键问题是要根据不同气候条件下及土壤的蓄、放热能力,选择热泵系统的合理容量和土壤中放热量的最佳间距和深度从而确定出最佳安装方案以便得到最大的经济和环境效益。本研究采用针对我国华东地区的有代表性土壤及不同比例的沙土混合物进行测试,其结论是:
(1)湿土壤及土沙混合物的导热系数,随密度P和含水率W的增加而增加。
(2)实验的纯土壤、纯黄沙,土沙比分别为1:2的混合物四种不同的测试对象中,以土壤混合物为1:2的导热系数最大,其关联式为K=2.38*10-10W0.79P2.79w/mk。
4、地源热泵采用蓄热水箱的夏季工况分析
一般地源地下埋管均为直流式水系统,当热泵间歇运行时,会造成压缩机起动负荷大,采用蓄热水箱就是在室外侧水系统上并联一个蓄热水箱,当热泵停止运行的间歇期,室外侧循环水泵继续运行使水流过蓄热水箱,以降低水箱及室外侧水系统的温度,经实验检验和数值模拟计算,采用为上方式可以明显降低水温,也即降低压缩机起动阶段的冷凝温度最终达到节能效果。
四、复合热泵
为了弥补单一热源热泵存在的局限性和充分利用低位能量,运用了各种复合热泵。如空气-空气热泵机组、空气-水热泵机组、水-水热泵机组、水-空气热泵机组、太阳-空气源热泵系统、空气回热热泵、太阳-水源热泵系统、热电水三联复合热泵、土壤-水源热泵系统等。有关复合热泵方面的论文共收集了12篇,论文主要内容有:
1、太阳-空气热源热泵系统
太阳-空气热源热泵系统是在传统的空气热源热泵系统的基础上,利用太阳能热源而新开发的系统。它可以制冷、供热、供生活热水,是一种利用自然能源、无污染、适用性广、效率高的新型冷热源系统。
北京市建筑设计院关磊设计的太阳-空气热源热泵系统。由压缩机组、冰(水)蓄热槽、设在屋顶上的集热/放热板及冷媒管道组成。制冷运行是在夜间进行,一是利用夜间电力,二是利用屋顶上的放热板在夜间向室外散热。供热运行在白天进行,它利用太阳热及空气对流热作为采热源,进行热泵制热工况的。首先冷媒被压缩机压缩成高压高温气体,然后进入蓄热水槽(与冰蓄热槽共用)的盘管冷凝放热,冷凝后的液体再通过膨胀阀变成低压低温的液体进入设在屋顶处的集热板吸收太阳热及空气对流热,又成为气体返回压缩机,如此反复形成热泵制热循环。与此同时,利用蓄热水槽内的热水对建筑供热。
系统的特点有:节约能源、经济、高效率、适应性广。
该系统适用于办公楼、医院、温水游泳池、疗养院、学校、研究所、工厂等建筑。同一般太阳能利用系统相比,集热板面积已经大幅度减少,但由于受屋顶设置面积的限制,一般适用于5层以下的建筑。对于5层以上的建筑采用该系统时,应考虑设其它辅助热源设备。
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