286-太阳能土壤耦合热泵系统的应用分析.pdfVIP

太阳能土壤耦合热泵系统的应用分析 中建八局第二建设有限公司 王京 摘 要：地埋管地源热泵系统在我国北方寒冷地区使用，存在着普遍的吸放热不平衡现 象。地埋管换热器冬季从地下提取的热量远远大于其夏季释放的热量，造成地埋管换热器周 围土壤温度的不断下降，从而导致地埋管地源热泵系统的效率下降。针对这一问题，探讨分 析了太阳能热利用与地埋管地源热泵相结合的太阳能土壤耦合热泵系统。 关键词：太阳能，地源热泵，土壤蓄热 1.太阳能土壤耦合热泵系统的优势 在我国北方寒冷地区，建筑物的冷热负荷不平衡现象是非常普遍的，冬季建筑物的热 负荷远大于其夏季的冷负荷。这样传统的地源热泵系统地埋管换热器冬季从周围土壤的吸热 量便远大于其夏季的放热量，此时若系统长时间运行，必然导致地埋管换热器周围土壤温度 的不断下降，情况恶劣时甚至会导致地下土壤结冰。在这种情况下，传统的地源热泵系统便 不能正常工作，系统的运行效率下降，从而无法到达设计要求。为了解决这一问题，引入了 太阳能土壤耦合热泵系统，利用太阳能回灌热量，以维持地下土壤温度场的稳定。这样既克 服了太阳能强度较弱、不连续的缺点又充分利用了土壤热容量比较大的优点，充分利用了两 种可再生能源，因此具有很好的节能效果和发展前景。 2. 太阳能土壤耦合热泵系统的工作原理及控制策略 图1 太阳能土壤耦合热泵系统原理图 图1 为太阳能土壤耦合热泵系统原理图。从图中可以看出，该系统由太阳能集热器、蓄 热水箱、循环水泵、地埋管换热器、热泵系统、末端用户等组成。利用这套系统可以实现房 间夏季空调、冬季供暖、生活热水供应、地下蓄能、水箱蓄能等功能，保证了地下负荷全年 作者简介：王京，男、1985.11、工程师 地址：济南市历下区文化东路16 号中建文化广场C 座 邮编：250014 电话（0531 电子邮箱l:totti_85@、山东省昌邑市人、山东建筑大学毕业 动态平衡，提高地下换热器换热效率与热泵运行效率。 在冬季，建筑负荷随着室外气温和太阳辐射的变化而变化，为充分利用太阳能，又要达 到室内温度要求，系统必然要在不同的工况下运行，要保证系统能够在各种不同工况下自动 转换，其控制就尤为重要。在这里提出三条控制标准[1，2]，来保证系统供暖季节的运行。 t −t （1）集热器接通标准:太阳能集热器内介质平均温度与介质入口温度之差 pm fi 与接 t t −t t 通标准 on 的比较。当满足 pm fi on 时，集热器接通。 t −t （2）集热器切断标准:太阳能集热器内介质出口温度与进口温度之差 fo fi 与切断标 t t −t t 准 off 的比较。当满足 fo fi off 时，集热器关闭。 t t （3）集热器供暖标准:储热水箱内介质的平均温度 e 与热泵进口极限温度 e lim it ，的比 t t t t 较。当满足 e e lim it 时，储热水箱进行供暖，当 e e lim it 时，蓄热水箱停止供暖。 通常太阳能集热器在工作开始前需要一段时间的预热，那是因为太阳能集热器本身有一 定的热容。同样在傍晚太阳落山时，太阳能集热器也无法输出有用的能量。这就需要设定有 T T on