白云鵬 王華軍 王國良 趙海朝

摘要?以石家莊農(nóng)村地區(qū)典型的戶用分體式地源熱泵系統(tǒng)為對象，進(jìn)行了全年運(yùn)行性能模擬與分析。結(jié)果表明，分體式地源熱泵能夠滿足農(nóng)村地區(qū)住戶的冬季采暖與夏季供冷需求，運(yùn)行較為穩(wěn)定，COP較高，不存在冬季除霜問題。當(dāng)冬、夏季室溫分別設(shè)置為16～18?℃和26～27?℃條件下，分體式地源熱泵系統(tǒng)的耗電量分別為37.4～47.1?kWh/m2和15.7～19.3?kWh/m2，單位面積電費(fèi)分別為11.2～14.1?元/m2和8.6～10.6?元/m2，具有較好的節(jié)能性和經(jīng)濟(jì)性。由于農(nóng)村住戶的冬季采暖需求明顯高于夏季供冷需求，分體式地源熱泵系統(tǒng)長期運(yùn)行過程中可能會(huì)出現(xiàn)地溫逐年下降的趨勢，必要時(shí)需采取一定的運(yùn)行調(diào)控措施。適當(dāng)改善建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)性能，有助于降低建筑冷熱負(fù)荷，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

關(guān)?鍵?詞?分體式地源熱泵;運(yùn)行性能;TRNSYS模擬;能耗

中圖分類號(hào)?TU83?????文獻(xiàn)標(biāo)志碼?A

Simulation?and?analysis?of?separated?household?ground?source?heat?pump?system?for?rural?buildings

BAI?Yunpeng1，?WANG?Huajun1，?WANG?Guoliang2，?ZHAO?Haichao2

（1.?School?of?Energy?and?Environment?Engineering，?Hebei?University?of?Technology，?Tianjin?300401，?China;?2.?Hebei?Bernard?Energy?Science?and?Technology Co?Ltd，?Shijiazhuang，?Hebei?052260，?China）

Abstract?Taking?a?typical?separated?household?ground?source?heat?pump?system?（SH-GHSP）?in?rural?areas?of?Shijiazhuang?as?an?example，?the?annual?operation?performance?has?been?simulated?and?analyzed.?Results?show?that?SH-GHSP?can?satisfy?the?requirements?of?rural?buildings?for?heating?in?winter?and?cooling?in?summer?with?high?stability?and?high?COP?and?without?defrosting?problem.?When?the?indoor?air?temperature?is?set?16-18?℃?in?winter?and?26-27?℃?in?summer，?the?electricity?consumptions?range?from?37.4?to?47.1?kWh/m2?and?15.7?to?19.3?kWh/m2，?and?the?costs?of?electricity?range?from?11.2?to?14.1?yuan/m2?and?8.6?to?10.6?yuan/m2，?which?has?a?promising?energy?saving?potential?and?economic?benefits.?With?a?large?requirement?of?rural?buildings?for?space?heating?in?winter?than?cooling?in?summer，?there?may?show?a?decaying?tendency?of?the?ground?temperature?during?the?long-term?operation?of?SH-GHSP.?If?necessary，?appropriate?operational?control?measures?should?be?considered.?If?the?envelope?of?rural?buildings?is?improved?properly，?the?heating?and?cooling?load?of?buildings?and?the?operation?cost?of?SH-GHSP?might?be?further?reduced.

Key?words?separated?ground?source?heat?pump;?operation?performance;?TRNSYS?simulation;?energy?consumption

0?引言

長期以來，我國北方村鎮(zhèn)地區(qū)多數(shù)家庭冬季采暖以燃燒原煤和蜂窩煤為主，輔之以柴薪，這種取暖方式的能源利用率很低，且污染物排放對空氣質(zhì)量影響較大，是導(dǎo)致區(qū)域霧霾污染的主要原因之一。推進(jìn)北方地區(qū)清潔供暖，加快提高清潔供暖比重，不僅關(guān)系到群眾溫暖過冬與霧霾天能不能減少，而且成為農(nóng)村生活方式革命的重要內(nèi)容[1]。

近年來，淺層地?zé)崮茏鳛橹饕目稍偕茉葱问?，借助高效熱泵技術(shù)滿足城鎮(zhèn)地區(qū)建筑空調(diào)和采暖需求，取得了顯著的節(jié)能減排效益。截至2017年，全國淺層地?zé)崮芙ㄖ?yīng)用面積已超過3.6億m2??[2]。2017年12月，國家發(fā)改委、環(huán)保部等五部委聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于加快淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用促進(jìn)北方采暖地區(qū)燃煤減量替代的通知》，鼓勵(lì)堅(jiān)持“因地制宜、安全穩(wěn)定、環(huán)境友好、市場主導(dǎo)與政府推動(dòng)相結(jié)合”的基本原則，加快推進(jìn)淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用，推進(jìn)北方采暖地區(qū)居民供熱燃煤減量替代，提高區(qū)域供熱（冷）能源利用效率和清潔化水平，改善空氣環(huán)境質(zhì)量。

分體式地源熱泵（圖1）是最近出現(xiàn)的針對當(dāng)前農(nóng)村煤改電市場的一項(xiàng)新技術(shù)產(chǎn)品。與普通地源熱泵不同的是，戶用分體式地源熱泵將渦旋壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、膨脹閥、循環(huán)水泵等部件置于室外機(jī)，安裝固定在建筑外墻上，而將冷凝器設(shè)置于室內(nèi)機(jī)，安裝固定在建筑物內(nèi)墻上。冬季運(yùn)行時(shí)，制冷劑與室外地埋管中的水（或乙二醇溶液）在室外機(jī)的蒸發(fā)器中進(jìn)行換熱，室內(nèi)部分采用直膨式系統(tǒng)，冷凝器制熱與室內(nèi)空氣換熱后通過貫流式風(fēng)機(jī)送出熱風(fēng)。2017年10月，在石家莊市政府支持下，晉州安家莊村完成了河北省首例基于分體式地源熱泵系統(tǒng)的農(nóng)村分散式清潔供暖示范試點(diǎn)項(xiàng)目，全村共計(jì)安裝424戶。其中，每戶布置3口100?m深單U形地埋管，管內(nèi)工質(zhì)為乙二醇防凍液，3個(gè)房間各安裝1套分體式地源熱泵機(jī)組（圖2）。整個(gè)冬季采暖期間運(yùn)行正常，室內(nèi)溫度可達(dá)到18～20?℃，受到農(nóng)村住戶的一致好評(píng)?；谏鲜霰尘埃疚臄M以該試點(diǎn)項(xiàng)目中的典型農(nóng)村住戶為對象，進(jìn)一步通過TRNSYS軟件開展分體式地源熱泵系統(tǒng)全年運(yùn)行性能的模擬計(jì)算與分析評(píng)價(jià)，旨在為系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)、節(jié)能運(yùn)行以及管理部門決策提供一定的參考依據(jù)。

1?仿真模型

1.1?研究對象

基于上述示范試點(diǎn)項(xiàng)目，選取典型農(nóng)村住戶的居住建筑面積為90?m2，獨(dú)戶有宅院布局形式，其中包括2間臥室以及1間客廳，東西向一字型排列，客廳位于中間，臥室位于兩側(cè)，層高均為3.5?m。該建筑屬于非節(jié)能建筑，外墻、地面和屋頂均無保溫措施，其中外墻為370?mm厚實(shí)心磚墻，門窗為塑鋼材質(zhì)+雙層普通玻璃，密封性能一般，冷風(fēng)滲透感較強(qiáng)。每個(gè)房間均設(shè)置1臺(tái)室內(nèi)機(jī)和1臺(tái)室外機(jī)。室外機(jī)內(nèi)置循環(huán)水泵，流量為1?m3/h。機(jī)組額定制熱量和制冷量分別為3.95?kW和3.75?kW，平均輸入功率為1.15?kW（包含水泵和室內(nèi)風(fēng)機(jī)）。室外設(shè)置3口100?m深換熱孔，并安裝單U形地埋管換熱器（HDPE，DN32型），鉆孔孔徑和間距分別為150?mm和4.5?m，原狀土回填;地埋管換熱器之間采用并聯(lián)同程連接。淺層土壤類型以粉質(zhì)黏土、粉土和粉砂為主，平均熱導(dǎo)率為1.65?W/（m·K），體積比熱為2.68?MJ/（m3·K），熱擴(kuò)散系數(shù)為0.62?mm2/s，初始地溫為15?℃?，F(xiàn)場單孔換熱試驗(yàn)表明，當(dāng)排熱溫度和取熱溫度分別為32?℃和5?℃時(shí)，地埋管的穩(wěn)定排熱和取熱能力分別為48?W/m和28?W/m。

熱泵系統(tǒng)冬、夏季運(yùn)行期分別設(shè)置如下：11月15日—次年3月15日和5月15日—9月15日。考慮到北方農(nóng)村地區(qū)多數(shù)住戶的起居及生活習(xí)慣與城市存在較大差異，對采暖溫度要求不盡相同，其中冬季采暖需求明顯高于夏季供冷需求，夏季空調(diào)開啟率較低。為研究方便，選取了以下4種室溫設(shè)置及運(yùn)行方案：I）冬季16?℃，夏季27?℃;II）冬季16?℃，夏季不運(yùn)行;III）冬季18?℃、夏季26?℃;IV）冬季18?℃，夏季不運(yùn)行。其中，I和II室溫設(shè)置參考《農(nóng)村小型地源熱泵供暖供冷工程技術(shù)規(guī)范》（CECS313：2012），III和IV室溫設(shè)置參考《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50736—2012）。實(shí)際上，根據(jù)住建部2009年頒布的《嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)農(nóng)村住宅節(jié)能技術(shù)導(dǎo)則（試行）》，農(nóng)村住房主要房間冬季采暖室內(nèi)設(shè)計(jì)計(jì)算溫度為14～18?℃，更為寬泛一些。調(diào)研表明，石家莊晉州地區(qū)農(nóng)村住戶普遍都能夠接受不低于15～16?℃的室內(nèi)采暖溫度。

1.2?TRNSYS建模

圖3給出了上述典型農(nóng)村住戶分體式地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的TRNSYS仿真模型。其中，采用石家莊站的典型年氣象數(shù)據(jù)，由模塊Type15-3導(dǎo)入到模型中。該地區(qū)屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，氣溫隨季節(jié)性變化十分明顯，夏季炎熱多雨，冬季寒冷干燥，年平均氣溫為13.6?℃，最冷月（1月）和最熱月（7月）平均氣溫分別為-1.6?℃和27.8?℃（圖4）。熱泵機(jī)組采用模塊Type505a，地埋管換熱器采用模塊Type557a，建筑房間采用模塊Type88，房間溫度控制及熱泵啟停信號(hào)采用模塊Type108，模擬機(jī)組的智能化控制運(yùn)行策略。TRNSYS中的地埋管換熱器是DST（Duct?Storage?Systems）模型，其傳熱過程主要包括：管道內(nèi)流體和埋管的換熱、局部的土壤換熱器的交互作用、蓄熱體積與周圍土壤的全局過程。流體與埋管間換熱通過解析方法計(jì)算，局部與全局過程通過有限差分法計(jì)算。

2?結(jié)果與討論

2.1?典型日系統(tǒng)運(yùn)行性能分析

圖5?a）?以1#機(jī)組為例，給出了冬季采暖期典型日（12月15日）的運(yùn)行參數(shù)變化情況，其中室溫設(shè)置為16?℃。可以看出，全天室外最低氣溫為-6.3?℃（凌晨5：00），最高氣溫為1.4?℃（下午14：00），室內(nèi)溫度在15.1～16.9?℃波動(dòng)，機(jī)組共計(jì)啟動(dòng)7次，累計(jì)運(yùn)行時(shí)間為11?h，主要集中在室外溫度較低的夜晚和早上。運(yùn)行期間，地埋管換熱器平均進(jìn)、出水溫度分別為6.8?℃和8.9?℃，溫差2.1?℃。進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)表明，機(jī)組全天累計(jì)地下取熱量為29.5?kWh，耗電量為12.7?kWh，供熱量為42.2?kWh，?COP為3.32。室內(nèi)平均供熱負(fù)荷為127.8?W/m2，地源側(cè)的平均換熱量為26.8?W/m，與換熱試驗(yàn)獲得地埋管取熱能力基本一致。

圖5?b）?以1#機(jī)組為例，給出了夏季供冷期典型日（7月25日）的運(yùn)行參數(shù)變化情況，其中室溫設(shè)置為27?℃。可以看出，全天室外最高氣溫為33.4?℃（下午14：00），最低氣溫為24.7?℃（凌晨4：00），室內(nèi)溫度在26.2～28.0?℃波動(dòng)，機(jī)組共計(jì)啟動(dòng)5次，累計(jì)運(yùn)行時(shí)間為7?h，主要集中在正午前后一段時(shí)間。運(yùn)行期間，地埋管換熱器平均進(jìn)、出水溫度分別為28.9?℃和24.8?℃，溫差4.1?℃。進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)表明，機(jī)組全天累計(jì)地下排熱量為36.9?kWh，耗電量為8.5?kWh，供冷量為28.4?kWh，平均COP為3.34。室內(nèi)平均供冷負(fù)荷為135.2?W/m2，地源側(cè)的平均換熱量為52.7?W/m，略高于換熱試驗(yàn)獲得地埋管排熱能力。

綜上表明，分體式地源熱泵能夠較好地滿足農(nóng)村地區(qū)住戶的冬季采暖與夏季供冷需求，操作上和普通家用空調(diào)相似，系統(tǒng)運(yùn)行較為穩(wěn)定，且機(jī)組能夠根據(jù)室內(nèi)溫度反饋實(shí)現(xiàn)自動(dòng)啟停，有利于運(yùn)行節(jié)能。此外，與傳統(tǒng)空氣源熱泵相比，分體式地源熱泵系統(tǒng)不存在除霜問題，也不會(huì)因?yàn)槌霈F(xiàn)超低溫天氣而導(dǎo)致機(jī)組無法啟動(dòng)的現(xiàn)象，具有一定的技術(shù)優(yōu)勢。

2.2?系統(tǒng)全年運(yùn)行性能分析

圖6以方案I為例，給出分體式地源熱泵系統(tǒng)全年的運(yùn)行情況。可以看出，系統(tǒng)整體上運(yùn)行比較穩(wěn)定，采暖季的地埋管平均進(jìn)、出水溫度分別為7.1?℃?和9.0?℃，最低進(jìn)、出水溫度分別為3.9?℃?和6.3?℃（1月18日）;供冷季的地埋管平均進(jìn)、出水溫度分別為28.3?℃?和24.2?℃，最高進(jìn)、出水溫度分別為31.1?℃?和26.8?℃（8月19日）。根據(jù)《地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》（GB?50366—2009），夏季運(yùn)行期間，地埋管換熱器出口最高溫度宜低于33?℃，而冬季運(yùn)行期間，不添加防凍劑的地埋管換熱器進(jìn)口最低溫度宜高于4?℃。比較可知，目前的分體式地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)較為合理，地埋管換熱器基本處于合適的運(yùn)行溫度范圍。

根據(jù)逐月能耗統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，熱泵系統(tǒng)冬季累計(jì)運(yùn)行時(shí)間為990?h（或8.3?h/d），從地下累計(jì)取熱量為7?805.5?kWh，夏季累計(jì)運(yùn)行時(shí)間為389?h（或3.24?h/d），向地下累計(jì)排熱量為5?926.3?kWh，全年累計(jì)耗電量為4?778.5?kWh，其中采暖季累計(jì)耗電量為3?365.2?kWh（或37.4?kWh/m2），供冷季累計(jì)耗電量為1?413.3?kWh（或15.7?kWh/m2），冬、夏季系統(tǒng)運(yùn)行平均COP分別為3.32和3.19。采暖季和供冷季的日平均耗熱量和耗冷量分別為1.03?kWh/m2和0.42?kWh/m2，地源側(cè)的平均取熱量和排熱量分別為26.3?W/m和50.8?W/m。

對于常規(guī)地源熱泵系統(tǒng)，在最冷月和最熱月運(yùn)行時(shí)，隨著地溫逐步降低或升高，傳熱溫差變小，地源側(cè)換熱容易出現(xiàn)較大幅度衰減現(xiàn)象，影響系統(tǒng)運(yùn)行能效。本文模擬結(jié)果表明，最冷月（1月）累計(jì)運(yùn)行時(shí)間為335?h（或10.8?h/d），從地下累計(jì)取熱量為2?589.7?kWh，耗電量為1?123.5?kWh，平均COP為3.30，日平均耗熱量為1.33?kWh/m2，地源側(cè)的平均取熱量為25.8?W/m;最熱月（7月）累計(jì)運(yùn)行時(shí)間為130?h（或4.2?h/d），向地下累計(jì)排熱量為1?906.6?kWh，耗電量為450.1?kWh，平均COP為3.23，日平均耗冷量為0.52?kWh/m2，地源側(cè)的平均排熱量為48.9?W/m?？梢钥闯?，當(dāng)前系統(tǒng)在最冷月或最熱月運(yùn)行時(shí)，地源側(cè)的取熱量或排熱量較平均值分別降低了2.1?%和3.8?%，衰減幅度相對較小，換熱狀態(tài)比較穩(wěn)定。

按目前石家莊地區(qū)農(nóng)村煤改電的優(yōu)惠電價(jià)政策（采暖期0.3?元/kWh，其他0.55?元/kWh），采暖季和供冷季的總電費(fèi)分別為1?009.6?元和777.3?元，分別折合11.2?元/m2和8.6?元/m2。對于農(nóng)村住戶而言，上述運(yùn)行費(fèi)用是完全可以接受的。根據(jù)實(shí)際調(diào)研，晉州地區(qū)農(nóng)村住戶的冬季采暖燒煤量平均在2～3?t/戶，燃煤質(zhì)量不同價(jià)格也有所差異（約500～600?元/t），因此直接燃料成本為1?000～1?800元/戶。相比之下，從運(yùn)行費(fèi)用角度，分體式地源熱泵系統(tǒng)和直接燃煤方式大致相當(dāng)甚至略顯優(yōu)勢，但從操作便捷性、安全性、采暖質(zhì)量以及節(jié)能環(huán)保等角度，分體式地源熱泵系統(tǒng)具有絕對優(yōu)勢，這也是國家大力推進(jìn)北方農(nóng)村地區(qū)清潔供暖的初衷與根本目的。

需要特別指出的是，為了分析方便，上述熱泵系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)是在連續(xù)滿足設(shè)定的室溫參數(shù)條件下獲得的，其運(yùn)行電費(fèi)可以看作是當(dāng)前工作模式下的上限值。調(diào)研表明，農(nóng)村住戶出于自身的用能習(xí)慣，往往會(huì)在特定時(shí)間和特定房間去選擇性開啟室內(nèi)機(jī)，而全天候不間斷運(yùn)行的時(shí)間屈指可數(shù)。因此，實(shí)際的運(yùn)行電費(fèi)往往會(huì)偏低一些。例如，安家莊試點(diǎn)項(xiàng)目中住戶采暖費(fèi)用多數(shù)在9～10?元/m2。這進(jìn)一步表明，分體式地源熱泵系統(tǒng)用于農(nóng)村地區(qū)住戶分散式采暖和供冷系統(tǒng)是完全可行的，具有較好的節(jié)能性和經(jīng)濟(jì)性。

客觀而言，與城鎮(zhèn)住宅建筑相比，目前農(nóng)戶采暖季的單位面積平均耗熱量處于偏高水平（124.1?kWh/m2），這與其建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)性能較差有直接關(guān)系。建筑無保溫措施、外墻和門窗傳熱系數(shù)大、密封性能差是華北地區(qū)農(nóng)村住宅的主要特點(diǎn)，也是導(dǎo)致其采暖空調(diào)能耗較高的主要原因之一[3]。參考城市既有建筑改造的實(shí)際節(jié)能效果，農(nóng)村住宅若能夠進(jìn)行適當(dāng)?shù)膰o(hù)結(jié)構(gòu)改造，可以很大程度上降低建筑冷熱負(fù)荷，最終有助于進(jìn)一步提高分體式地源熱泵系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性?？梢灶A(yù)見，隨著農(nóng)村生活水平提高和日益推進(jìn)的新農(nóng)村建設(shè)步伐，北方農(nóng)村住宅的建筑節(jié)能水平有望逐步得到改善，這將為各類熱泵采暖空調(diào)技術(shù)的進(jìn)一步推廣應(yīng)用奠定良好的基礎(chǔ)條件。

空氣源熱泵也是當(dāng)前北方農(nóng)村地區(qū)清潔供暖的主推技術(shù)之一。根據(jù)李愛松等[4]在北京農(nóng)村地區(qū)的測試結(jié)果，53?%的系統(tǒng)COP大于2.0，80?%的系統(tǒng)COP大于1.8，其中在維持16～18℃室溫時(shí)，最大日耗熱量在0.8～1.3?kWh/m2。張帥等[5]在北京地區(qū)測試結(jié)果表明，空氣源熱泵系統(tǒng)平均COP約為2.8，單位面積取暖費(fèi)用為13.3元/m2。周海艦等[6]測試結(jié)果表明，空氣源熱泵系統(tǒng)在北京農(nóng)村的單位面積采暖費(fèi)用為18.2～21.7元/m2。根據(jù)馬榮江等[7]在北京農(nóng)村的測試結(jié)果，保溫農(nóng)宅單位面積采暖電耗為23～33?kWh/m2，電費(fèi)在9～12?元/m2，其中平段電0.488?3?元/kWh，谷段電0.3?元/kWh。綜合比較可知，從運(yùn)行電耗和電費(fèi)水平而言，分體式地源熱泵系統(tǒng)與低溫空氣源熱泵系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行經(jīng)濟(jì)指標(biāo)是大體相當(dāng)?shù)摹?/p>

2.3?不同運(yùn)行方案性能對比

對于地源熱泵系統(tǒng)長期穩(wěn)定運(yùn)行而言，需要關(guān)注地溫?zé)崞胶鈫栴}[8]。以方案I為例，熱泵系統(tǒng)夏季向地下累計(jì)排熱量為5?926.3?kWh，而冬季從地下累計(jì)取熱量為7?805.5?kWh，存在一定的熱不平衡程度。整個(gè)運(yùn)行期間，地溫變化幅度為13.9～16.0?℃，系統(tǒng)運(yùn)行1年以后，平均地溫降低至14.6?℃，較初始地溫降低了0.4?℃。前人研究表明，地溫場失衡會(huì)不同程度影響地源熱泵系統(tǒng)的運(yùn)行性能，但該影響是逐年累計(jì)的，通常在短期內(nèi)不容易體現(xiàn)出來[9]。通過模擬計(jì)算，可以預(yù)測地溫場失衡的可能性與偏離程度，進(jìn)而為系統(tǒng)運(yùn)行策略調(diào)整提供一定的參考依據(jù)。如前所述，北方農(nóng)村地區(qū)多數(shù)住戶的用能習(xí)慣與城市存在較大差異，其建筑采暖和制冷需求存在特殊性和隨機(jī)性，通常情況下冬季采暖需求明顯高于夏季供冷需求，部分住戶可能還要求更高的采暖溫度。這種情況下，需要重新考慮農(nóng)村地區(qū)分體式地源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行過程中的地溫場平衡問題。

圖7給出4種運(yùn)行方案下地溫的5年變化曲線?？梢钥闯?，全部運(yùn)行方案都存在地溫下降的趨勢。其中，方案II和IV由于夏季不運(yùn)行，僅冬季運(yùn)行，地溫下降比較明顯，5年后地溫分別降低了4.8 ℃和6.1?℃;相比之下，方案I和III屬于正常的夏儲(chǔ)冬用模式，地溫下降幅度緩和許多，5年后地溫分別降低了2.0?℃和2.7?℃。因此，從地溫場平衡角度出發(fā)，應(yīng)盡量避免夏季完全不運(yùn)行的情況，必要時(shí)還需采取一定的運(yùn)行調(diào)控措施[10]。

表1進(jìn)一步給出了不同運(yùn)行模式下分體式地源熱泵系統(tǒng)的電耗和運(yùn)行費(fèi)用情況?？梢钥闯觯┡镜南到y(tǒng)電耗和單位面積采暖費(fèi)用隨室溫設(shè)置值的升高而增加，供冷季的系統(tǒng)電耗和單位面積供冷費(fèi)用隨室溫設(shè)置值的升高而降低。例如，方案III比方案I的供暖季室內(nèi)溫度高2?℃，供冷季室內(nèi)溫度低1?℃，其單位面積采暖費(fèi)用增加2.9?元/m2，漲幅為25.8?%，單位面積供冷費(fèi)用增加2.0?元/m2，漲幅為23.3?%。此外，若地源熱泵系統(tǒng)夏季不運(yùn)行，會(huì)由于缺少地下儲(chǔ)熱而導(dǎo)致地溫整體偏低，最終會(huì)一定程度上增加供暖季電耗和單位面積采暖費(fèi)用。例如，方案II比方案I的單位面積采暖費(fèi)用偏大約4.3?%，而方案IV比方案III的單位面積采暖費(fèi)用偏大約3.5?%。需特別說明的是，農(nóng)村住戶的實(shí)際空調(diào)運(yùn)行方式具有較大的隨意性或不確定性，而上述4種運(yùn)行方案均設(shè)置為相對極端條件，這主要是為了研究方便。在實(shí)際使用中，在保證供暖季用戶采暖需求與室內(nèi)舒適度的前提下，1年后土壤平均溫度傾向于在方案I與方案IV之間，即13.7?℃與14.6?℃之間，而熱泵系統(tǒng)全年電耗傾向于在方案II與方案III之間，即3?511.3?kWh（或11.7元/m2）與5?973.1?kWh（或24.7元/m2）之間。

3?結(jié)論

以石家莊農(nóng)村地區(qū)典型的戶用分體式地源熱泵系統(tǒng)為對象，通過TRNSYS軟件開展系統(tǒng)全年運(yùn)行性能的模擬計(jì)算與分析評(píng)價(jià)，主要結(jié)果如下：

1）分體式地源熱泵能夠較好地滿足農(nóng)村地區(qū)住戶的冬季采暖與夏季供冷需求，系統(tǒng)運(yùn)行相對穩(wěn)定，COP較高。與傳統(tǒng)空氣源熱泵系統(tǒng)相比，分體式地源熱泵系統(tǒng)不存在冬季除霜問題。

2）在滿足冬、夏季室溫分別為16～18?℃和26?～27?℃條件下，分體式地源熱泵系統(tǒng)的冬、夏季耗電量分別為37.4～47.1?kWh/m2和15.7～19.3?kWh/m2，單位面積電費(fèi)分別為11.2～14.1元/m2和8.6～10.6元/m2，具有較好的節(jié)能性和經(jīng)濟(jì)性。

3）北方農(nóng)村住戶的用能習(xí)慣具有較大的特殊性與不確定性，總體上冬季采暖需求明顯高于夏季供冷需求，這使得分體式地源熱泵系統(tǒng)長期運(yùn)行過程中可能會(huì)出現(xiàn)地溫逐年下降的趨勢。適當(dāng)?shù)膰o(hù)結(jié)構(gòu)改造，可以降低建筑冷熱負(fù)荷，有助于進(jìn)一步提高分體式地源熱泵系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

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[責(zé)任編輯????田????豐]