041-典型气候条件下复合式地源热泵系统能效特性分析.pdfVIP

典型气候条件下复合式地源热泵系统能效 特性分析 1陈翔宇，王军，敬成君 四川大学建筑与环境学院 摘要：土壤热平衡是影响地源热泵系统长期高效运行的关键问题之一，目前主要采用辅 助设备进行补热或排热。本文以某办公建筑为分析对象，针对成都和北京气候条件以冷却塔、 锅炉和空气源热泵作为地源热泵的辅助设备，通过EnergyPlus 模拟分析得到由三种冷热源 形式构成的复合式地源热泵系统运行的逐时能效比、耗电量，并对比分析复合式地源热泵系 统的运行特性。研究结果为复合式地源热泵的辅助设备选择提供一定的理论指导。 关键词：复合式地源热泵；辅助设备；能效 0 引言 地源热泵（Ground Source Heat Pump ）是一种节能环保型空调技术，以少量的电能可以 实现低品位能源向高品位能源转化。地源热泵因其高效、稳定、节能、环保在世界范围内得 到广泛的研究和应用。但在特殊地区、不同功能的建筑由于冷热负荷差异，导致冬夏季土壤 取热排热不均衡。以冷负荷为主要矛盾的夏热冬冷地区，夏季排热大于冬季取热，长期运行 会引起土壤温度升高；以热负荷主要矛盾的寒冷地区，冬季取热大于夏季排热，长期运行会 引起土壤温度降低，这些都会导致地源热泵机组运行效率降低。 目前常见的通过辅助设备（冷却塔、锅炉）来保证土壤热平衡，但是该类辅助设备除了 效率低外，未实现对可再生能源的使用，在空气能纳入可再生能源的前提下，利用空气源辅 助地源复合式热泵系统成为了一种有效的途径。[1] 国内李恺渊和王景刚对冷却塔辅助地源热泵系统的经济性作了分析，满意、刚文杰、祝 丽萍等人对复合式地源热泵系统的系统的控制策略及优化的问题展开研究。[2-5] 国外 ASHRAE 、Kavanaugh 、Luthfi I. Lubisa 等人对复合式地源热泵的设计、辅助冷却加热设备 的控制策略方面的研究较多，也给出了复合式地源热泵的评价指标。[6-8]本文以成都和北京 两个冷负荷和热负荷为主要矛盾的典型地区，通过EnergyPlus 软件模拟，以空气源辅助地 源复合式热泵系统分别与冷却塔、锅炉辅助地源热泵做对比，分析系统的逐时能效比、耗电 量，为复合式热泵辅助设备的选择提供理论指导。 1 研究对象和计算条件 1.1 研究分析对象 本文以某示范工程办公建筑为研究对象，通过三维建模软件SketchUp 建立可视化的建 筑几何模型，如图1 所示。本建筑地上一层，共386m2 ，建筑功能分别为会议室、办公大厅。 建筑围护结构信息及室内设计参数如表1 和表2 所示。本次模拟地源热泵系统制冷EER 为 基金项目：基金项目：四川省科技计划项目（2014GZ0133 ） 第一作者：陈翔宇，男，1995 年4 月2 日，硕士研究生，学生 （610065，四川省成都市四川大学建筑与环境学院11717569154@） 5.5 制热COP 为4.0 ；空气源热泵制冷EER 为3.0，制热COP 为4.2 。 图1 建筑3D 模型 表1 围护结构热工参数 屋面 外墙 外窗 玻璃幕墙 2 0.63 0.56 2.4 2.4 传热系数[W/(m ·K)] 玻璃太阳得热系数 / / 0.44 0.44 表2 室内设计参数 房间用途 室内设计温度（℃） 人员密度 照明功率密度 设备功率密度 新风量 夏季 冬季 （P/m2 ） （W/m2 ） （W/m2 ） [m3/(P·h)] 办公室 26 20 0.2 11 13 30 会议室 26 20 0.5 20 5 30