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地源热泵系统运行能耗影响因素分析 ☆ 江苏省建筑设计研究院有限公司 徐卫荣 夏卓平 邱建中 陈震 摘要：针对土壤源热泵系统运行过程复杂，运行能耗受多种因素影响的问题，建立了该系 统数学模型，选定某综合楼进行分析。结果表明，空调冷水温度每提高1℃，制冷耗电量减小 3.5%；空调热水温度每提高1℃，供热耗电量增加2.3%。地埋管长度每增加10%，制冷耗电量 减小0.43%，供热耗电量减小0.56%。土壤初始温每提高1℃，制冷耗电量增加1.9%，供热耗 电量减小2.4%。土壤导热系数每增加0.1W/(m ·K)，制冷耗电量减小0.22%，供热耗电量减小 0.20%。 关键词：土壤源 热泵模型 运行能耗 土壤温度 热平衡 耗电量 0 引言 土壤源热泵系统以土壤为环境冷热源，对建筑进行制冷或供热。由于地下土壤温度受室外 [1-3] 环境（如太阳辐射）影响较小，该系统运行稳定且能效比较高，可以有效降低建筑能耗 。 但土壤源热泵系统运行过程复杂，影响系统运行能耗高低的因素较多[4-6] ，部分工程实际运行 效果达不到设计参数，因此有必要建立土壤源热泵系统运行数学模型，通过运行参数计算结果， 评价相关因素对系统运行能耗的影响程度，从而为该系统的设计和运行提供理论依据。 1 土壤源热泵系统原理与分析条件 1.1 土壤源热泵系统原理 [7] 土壤源热泵系统通常设置冷却塔与地埋管换热器并联 ，以实现地下土壤全年换热平衡， 其系统原理如图1。 图1 土壤源热泵系统原理 1 冷凝器 2 蒸发器 3 地源侧循环泵 4 冷却塔循环泵 5 空调侧循环泵 6 地埋管换热器 7 分水器 8 集水器 9 冷却塔 图1 中，系统在不同运行工况下，对应各阀门切换状态如表1。 表1 不同工况阀门状态 运行工况 V1 V2 V3 V4 V5 V6 V7 V8 V9 V10 制冷(地埋管散热) 开 关 开 关 开 关 开 关 关 关 制冷(冷却塔散热) 关 关 开 关 关 关 开 关 开 开 ☆ 徐卫荣，男，1983 年7 月生，硕士，工程师 E-mail ：xuweirong001@163.com 供热 关 开 关 开 关 开 关 开 关 关 1.2 土壤源热泵系统分析条件 以下分析忽略空调冷媒输送过程中管道温升、换热器运行水垢因素。同时，因空调侧循环 水泵由建筑空调负荷及空调水管路系统所决定，冷却水侧参数变动对该水泵运行能耗影响较小， 因此空调供冷系统综合性能系数SCOPT 、空调供热系统综合性能系数SEER T 、空调供冷工况 全年耗电量E C 、空调供热工况全年耗电量E H 的分析计算未包括空调侧循环水泵。 地埋管区域土壤初始温度、系统运行过程中土壤温度场分布、地埋管换热器结构形式、埋 管区域岩土层构造、管群之间换热相互扰动等因素均对土壤源热泵系统运行能耗具有一定影响， 以下分析通过土壤初始温度t0 、土壤导热系数λ、土壤导温系数a （其数学定义为导热系数与 容积热容量的比值）参数综合反映上述因素，经土壤温度模型计算，得出地埋管平均水温，从 而反馈到其对系统运行能耗的影响。以下运行能耗分析均以土壤全年换热平衡为前提，系统运 行控制策略采用在空调供冷季优先运行地埋管放热，后期开启冷却塔进行辅助散热平衡的形式。 2 土壤源热泵系统运行数学模型 2.1