陳振乾-土壤源熱泵空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)探討ppt課件.ppt

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1、土壤源熱泵空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)探討陳振乾東南大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院2010中國建筑區(qū)域能源規(guī)劃暨熱泵技術(shù)發(fā)展研討會南京7/27/20211一、地源熱泵系統(tǒng)簡介二、地埋管地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計與優(yōu)化三、地埋管地源熱泵土壤熱響應(yīng)測試四、地埋管換熱器設(shè)計五、地下熱平衡設(shè)計六、地埋管地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化控制簡介7/27/20212一、地源熱泵系統(tǒng)簡介隨著國際上環(huán)保和充分利用可再生能量資源的可持續(xù)發(fā)展大趨勢,人類越來越重視開發(fā)新的能源形式和充分利用可再生能量資源,特別是更加注重蓄能技術(shù)和再利用技術(shù)的應(yīng)用前景。地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)由于它有節(jié)能、環(huán)保的特點(diǎn),在近十幾年,尤其是近5年,

2、在北美、北歐一些發(fā)達(dá)國家得到了較快發(fā)展。7/27/20213地源熱泵系統(tǒng)分類地源熱泵是一種利用淺層地?zé)幔ㄍ寥?、地下水、地表水等天然能源作為冬季熱源和夏季冷源，然后再由熱泵機(jī)組向建筑物供冷供熱的系統(tǒng)，是一種利用可再生能源的既可供暖又可制冷的新型中央空調(diào)系統(tǒng)。（GSHP）地源熱泵地下水源熱泵系統(tǒng)（GWHP）地表水源熱泵（SWHP）地埋管地源熱泵（GCWP）7/27/20214埋管式土壤源熱泵系統(tǒng)2）垂直埋管地源熱泵系統(tǒng)：換熱器井管路直接接入機(jī)房、換熱器井管路匯集到集水器。7/27/20215埋管式土壤源熱泵系統(tǒng)2）垂直埋管－樁基換熱器：7/27/202

3、16埋管式土壤源熱泵系統(tǒng)2）垂直埋管－地?zé)嶂悄軜颍?/27/20217埋管式土壤源熱泵系統(tǒng)3）螺旋埋管地源熱泵系統(tǒng)：長軸水平布置的螺旋埋管、長軸豎直布置的螺旋埋管、溝渠集水器式螺旋埋管。7/27/20218二、地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計與優(yōu)化地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計設(shè)計的原始資料與依據(jù)建筑物冷熱負(fù)荷計算設(shè)計冬夏季地下循環(huán)水換熱量計算現(xiàn)場勘察探與熱響應(yīng)測試地下?lián)Q熱器設(shè)計空調(diào)主機(jī)及末端系統(tǒng)設(shè)計7/27/20219熱泵機(jī)組的選擇熱泵容量的選擇熱泵性能的確定:土壤熱泵的性能取決于熱泵的進(jìn)水溫度，必須確定室外空氣和進(jìn)水溫度之間的關(guān)系。進(jìn)水溫度與多個因素有關(guān)，如一年的運(yùn)行時間，土壤

4、類型，土壤換熱器的類型、大小等。7/27/2021102.3地源熱泵循環(huán)水的換熱量計算冬夏季地下?lián)Q熱量分別是指夏季向土壤排放的熱量和冬季從土壤吸收的熱量。可以由下述公式計算：其中，Q11—夏季向淺層地表排放的熱量，kW，Q1—夏季設(shè)計總冷負(fù)荷，kWQ12—冬季從淺層地表吸收的熱量，kW，Q2—冬季設(shè)計總熱負(fù)荷，kWCOP1—設(shè)計工況下水-水熱泵機(jī)組的制冷系數(shù)COP2—設(shè)計工況下水-水熱泵機(jī)組的供熱系數(shù)7/27/2021112.4選擇室內(nèi)末端系統(tǒng)風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)，地板采暖方式，全空氣系統(tǒng)等。通常采用風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)時，空氣分布系統(tǒng)的設(shè)計主要考慮以下三個方面：（1

5、）選擇安裝風(fēng)管的最佳位置；（2）根據(jù)室內(nèi)的得熱量/熱損失計算來選擇并確定空氣分布器和回風(fēng)格柵的位置；（3）根據(jù)熱泵的風(fēng)量和靜壓力，布置風(fēng)管的走向，確定風(fēng)管的尺寸。7/27/2021122.5優(yōu)化設(shè)計方法模擬地源熱泵耦合法設(shè)計軟件主界面7/27/2021132.5優(yōu)化設(shè)計方法模擬冷卻塔選型設(shè)計界面7/27/202114三、地源熱泵土壤熱響應(yīng)測試設(shè)計地源熱泵系統(tǒng)的地?zé)釗Q熱器需要知道地下巖土的熱物性參數(shù)。如果熱物性參數(shù)不準(zhǔn)確，則設(shè)計的系統(tǒng)可能達(dá)不到負(fù)荷需要;也可能規(guī)模過大，從而加大初期投資。另外，不同的封井材料、埋管方式對換熱都有影響，因此只有在現(xiàn)場直接測量

6、才能正確得到地下巖土的熱物性參數(shù)。7/27/202115埋管式地源熱泵熱響應(yīng)測試要求實(shí)驗主要在三個方面展開：1）首先是熱響應(yīng)測試，以恒定的加熱功率求出地埋管換熱器進(jìn)出口溫度隨時間的變化情況，通過曲線擬合求出土壤的導(dǎo)熱系數(shù)；2）模擬夏季空調(diào)的制冷試驗，測量井埋管換熱器的放熱能力；3）模擬冬季的制熱試驗，測量井埋管換熱器取熱能力。7/27/202116熱響應(yīng)測試軟件熱響應(yīng)測試軟件Demo7/27/202117熱響應(yīng)測試數(shù)據(jù)分析熱響應(yīng)測試軟件Demo7/27/202118熱響應(yīng)測試模擬軟件熱物性模擬軟件Demo7/27/202119熱響應(yīng)測試模擬軟件熱響應(yīng)模

7、擬軟件Demo7/27/202120四、地埋管土壤換熱器設(shè)計水平埋管垂直埋管水平螺旋型埋管在現(xiàn)場勘測的基礎(chǔ)上確定換熱器埋管采用垂直布置還是水平布置方式。盡管水平布置時通常為淺層埋管,初投資一般會少些,但換熱性能比垂直布置時差很多,并且往往受可利用土地面積的限制,所以在實(shí)際工程中,一般采用垂直埋管布置方式。7/27/202121土壤換熱器埋管的布置型式1水平埋管:水平埋管主要有單溝單管、單溝雙管、單溝二層雙管、單溝二層四管、單溝二層六管等形式。7/27/202122土壤換熱器埋管的布置型式2垂直埋管:一般有單U形管，雙U形管，W型管、套管式管，小直徑螺旋

8、盤管和大直徑螺旋盤管，立式柱狀管、蜘蛛狀管等形式；按埋設(shè)深度不同分為淺埋（≤30m）、中埋（3