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        阜陽(yáng)地區(qū)地源熱泵冷熱平衡分析

        2019-11-27 05:39:06王玉蓮張茂榮
        關(guān)鍵詞:系統(tǒng)

        王玉蓮 張茂榮

        摘 ?要:該文對(duì)阜陽(yáng)地區(qū)地源熱泵系統(tǒng)進(jìn)行冷熱平衡計(jì)算。不同的空調(diào)末端形式,因同時(shí)使用系數(shù)存在差別,造成系統(tǒng)冷熱平衡是不同的。計(jì)算結(jié)果顯示地源熱泵系統(tǒng)的末端形式冬季采用地暖、夏季采用風(fēng)機(jī)盤管比冬夏都采用風(fēng)機(jī)盤管更有利于系統(tǒng)冷熱平衡。根據(jù)計(jì)算的數(shù)據(jù)分析了系統(tǒng)運(yùn)行策略。同時(shí)針對(duì)該項(xiàng)目給出減少系統(tǒng)冷熱不平衡率的幾項(xiàng)技術(shù)措施。

        關(guān)鍵詞:地源熱泵;冷熱平衡;末端形式

        中圖分類號(hào):TU831 ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

        0 緒論

        地源熱泵是一種利用淺層地?zé)幔ㄍ寥?、地下水和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)。在地源熱泵系統(tǒng)內(nèi)地源相當(dāng)于一個(gè)蓄冷蓄熱的載體,夏季通過熱泵空調(diào)向土壤(地下水、地表水)蓄熱,冬季通過熱泵空調(diào)向土壤(地下水、地表水)蓄熱。因此保證地源側(cè)的熱平衡是保證系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行的重要因素。即在計(jì)算周期內(nèi),地源熱泵系統(tǒng)總的釋熱量與總的吸熱量應(yīng)平衡。該文針對(duì)阜陽(yáng)地區(qū)某小區(qū)的地源熱泵系統(tǒng)冷熱平衡計(jì)算,針對(duì)系統(tǒng)不同的末端形式進(jìn)行計(jì)算分析,同時(shí)提出了保證系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行的幾點(diǎn)建議。

        1 項(xiàng)目概況

        該項(xiàng)目位于夏熱冬冷地區(qū),安徽省阜陽(yáng)市。總供暖、制冷總建筑面積為15萬(wàn)m2,其中包括高層住宅、多層,別墅、幼兒園等,共739戶。室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度夏季24℃~26℃,冬季16℃~18℃。

        根據(jù)甲方要求:按照同時(shí)使用系數(shù)0.8配置冷熱源及其附屬設(shè)備。冷熱源采用地埋管地源熱泵系統(tǒng),選用3臺(tái)螺桿式熱泵機(jī)組3臺(tái),單機(jī)制冷量2 231 kW,制熱量2 231 kW,1臺(tái)離心熱泵機(jī)組,制冷量2 637 kW。

        地埋管系統(tǒng)設(shè)置在小區(qū)地下車庫(kù)筏板下,分三個(gè)區(qū)域布置,埋設(shè)De25雙“U”形高密度聚乙烯管,埋管間距4.5密。地埋孔孔數(shù)按照熱負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算,共1 160孔,孔深120 m。采用冷卻塔作為夏季輔助冷源。空調(diào)末端:夏季采用風(fēng)機(jī)盤管,冬季采用地暖。

        2 冷熱平衡計(jì)算

        2.1 不同末端形式冷熱平衡計(jì)算

        根據(jù)住宅空調(diào)系統(tǒng)的不同的末端形式計(jì)算出地埋管冷熱不平衡率。忽略項(xiàng)目入住率的影響。根據(jù)計(jì)算結(jié)果提出系統(tǒng)末端形式及運(yùn)行策略。降低冷熱負(fù)荷的不均衡性是減小對(duì)冷熱不平衡影響最直接有效的辦法。

        冷熱負(fù)荷采用同時(shí)使用各空調(diào)區(qū)逐時(shí)冷負(fù)荷綜合最大值。冷熱平衡采用最熱月中典型日24 h內(nèi)逐時(shí)負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算當(dāng)日的冷熱量。每月按30天計(jì),即可計(jì)算出當(dāng)月的冷熱量。根據(jù)每月室外平均溫度計(jì)算出供暖季、供冷季的冷熱量,進(jìn)行全年冷熱平衡分析。根據(jù)招標(biāo)文件:空調(diào)運(yùn)行時(shí)間夏季為5月20日~9月19日4個(gè)月;冬季為12月20日~3月19日3個(gè)月。計(jì)算時(shí):空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷滿足冷熱負(fù)荷的需求,忽略系統(tǒng)負(fù)荷和室內(nèi)所需負(fù)荷的不匹配性,忽略管道系統(tǒng)的冷熱損失。熱泵的效率按照5計(jì)算,單冷離心機(jī)效率6.3計(jì)算。

        2.1.1 空調(diào)末端冬夏均采用風(fēng)機(jī)盤管,計(jì)算系統(tǒng)的不平衡率

        風(fēng)機(jī)盤管采用時(shí)間當(dāng)量計(jì)量系統(tǒng)。居住建筑夏季冷負(fù)荷同時(shí)使用系數(shù)在0.5左右。根據(jù)區(qū)域不同,該文計(jì)算采用空調(diào)系統(tǒng)同時(shí)使用系數(shù)0.55計(jì)算。冷熱不平衡率-73.41%,即排熱遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于取熱,嚴(yán)重不平衡。該文通過計(jì)算提出相應(yīng)的2種解決方案:①設(shè)置輔助冷源;②增設(shè)高溫?zé)岜脵C(jī)組制取生活熱水。

        2種解決方案的運(yùn)行方式及冷熱平衡計(jì)算:

        ①輔助冷源:設(shè)置一臺(tái)離心機(jī)組+冷卻塔作為輔助冷源。夏季供冷:開啟2臺(tái)地源熱泵機(jī)組+輔助冷源(離心機(jī)組+冷卻塔),冬季供熱:開啟3臺(tái)地源熱泵機(jī)組,經(jīng)計(jì)算系統(tǒng)不平衡率10.2%,可滿足冷熱平衡需求。②增設(shè)高溫?zé)岜脵C(jī)組制取生活熱水。運(yùn)行方式,夏季供冷:開啟3臺(tái)地源熱泵機(jī)組,開啟高溫?zé)岜脽崴畽C(jī)組制取生活熱水。過度季:高溫?zé)岜脵C(jī)組制取生活熱水。冬季供熱:開啟3臺(tái)地源熱泵機(jī)組,高溫?zé)岜脵C(jī)組制取生活熱水。高溫?zé)岜脵C(jī)組的制熱量780 kW,供熱水時(shí)間:14 h/d。經(jīng)計(jì)算系統(tǒng)不平衡率-11%,可滿足冷熱平衡需求。

        2.1.2 空調(diào)末端

        夏季采用風(fēng)機(jī)盤管,冬季供暖采用地暖。地暖實(shí)施分戶熱計(jì)量,除別墅地暖分支路控制,其余建筑每戶設(shè)置一個(gè)分集水器及溫控系統(tǒng),與風(fēng)機(jī)盤管作為末端完全不同,風(fēng)機(jī)盤管采用時(shí)間當(dāng)量計(jì)量系統(tǒng)。夏季供冷系統(tǒng)每戶同時(shí)使用系數(shù)0.63。該文風(fēng)機(jī)盤管同時(shí)使用系數(shù)為0.55,地暖的同時(shí)使用系數(shù)無參考可尋,該文計(jì)算地暖不同同時(shí)使用系數(shù)下熱平衡的變化趨勢(shì)。地暖系統(tǒng)的同時(shí)使用系數(shù)分別按照0.95、0.9、0.85、0.8、0.75計(jì)算熱平衡,計(jì)算結(jié)果如圖1。

        從圖1可以看出:風(fēng)機(jī)盤管同時(shí)使用系數(shù)為0.55的情況下,地暖系統(tǒng)同時(shí)使用系數(shù)在0.85~0.95,不平衡率在-10%~4.5%,滿足冷熱平衡需求。

        綜合2種不同的末端形式:空調(diào)末端冬夏均采用風(fēng)機(jī)盤管,系統(tǒng)不平衡率-73.41%;空調(diào)末端:夏季采用風(fēng)機(jī)盤管,冬季供暖采用地暖。風(fēng)機(jī)盤管同時(shí)使用系數(shù)為0.55的情況下,地暖系統(tǒng)同時(shí)使用系數(shù)在0.85~0.95,不平衡率在-10%~4.5%,滿足冷熱平衡需求。因此可以看出:地源熱泵系統(tǒng)的末端形式采用冬季采用地暖、夏季采用風(fēng)機(jī)盤管比單一風(fēng)機(jī)盤管更有利于冷熱平衡。

        地?zé)崞胶馐且粋€(gè)相對(duì)復(fù)雜的過程,受很多因素影響。為防止出現(xiàn)取熱大于排熱的情況,系統(tǒng)預(yù)留其他輔助熱源接口,并預(yù)留輔助熱源的建筑條件,同時(shí)根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件,可適當(dāng)減少供暖天數(shù)減少取熱。

        2.2 計(jì)算結(jié)果分析

        從上述計(jì)算結(jié)果看,在阜陽(yáng)地區(qū),地源熱泵系統(tǒng)的末端形式采用冬季采用地暖、夏季采用風(fēng)機(jī)盤管比單一風(fēng)機(jī)盤管更有利于冷熱平衡。冬夏均采用風(fēng)盤時(shí),解決冷熱不平衡的方案:①設(shè)置輔助冷源;②增設(shè)高溫?zé)岜脵C(jī)組制取生活熱水。

        3 減少系統(tǒng)不平衡率的技術(shù)措施

        (1)在地埋管系統(tǒng)總管路上增加“熱計(jì)量系統(tǒng)”,對(duì)地埋管系統(tǒng)的取熱量及放熱量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、控制,為地埋管冷熱平衡提供準(zhǔn)確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。通過“人為”調(diào)整運(yùn)行策略,達(dá)到地埋管的冷熱平衡。

        (2) 別墅及洋房的地暖系統(tǒng)控制方式為“分支路”控制,其溫控器安裝在各個(gè)房間內(nèi);高層地暖系統(tǒng)控制方式為“總管路”控制,其溫控器安裝在客廳等區(qū)域。

        (3)地板采暖采用“熱計(jì)量或者流量”等收費(fèi)方式,減少系統(tǒng)熱量損耗。

        (4) 預(yù)備一些調(diào)節(jié)地埋管系統(tǒng)冷熱平衡的預(yù)案,地埋管系統(tǒng)出現(xiàn)不平衡時(shí)啟動(dòng)預(yù)案,象增加冷卻塔或者增設(shè)高溫?zé)岜脵C(jī)組,增加其他熱源接口。

        (5) 夏季房間內(nèi)風(fēng)盤開啟時(shí),有可能其他臨近房間未開啟,考慮到空氣流動(dòng)及負(fù)荷滲透等因素,此時(shí)該房間的實(shí)際負(fù)荷要大于常規(guī)計(jì)算負(fù)荷。另外,在風(fēng)盤選型時(shí)一般會(huì)適當(dāng)選大一些。因此在核算空調(diào)“制冷量”或者“使用率”時(shí)應(yīng)適當(dāng)放大。

        (6)為了確保地埋管系統(tǒng)運(yùn)行安全,提高項(xiàng)目安全等級(jí),及降低地埋孔的冷熱不平衡率,地埋孔分區(qū)設(shè)置,每個(gè)機(jī)組對(duì)應(yīng)一個(gè)區(qū)域,每個(gè)區(qū)域分別設(shè)置測(cè)溫井,根據(jù)測(cè)得數(shù)值分區(qū)域運(yùn)行熱泵機(jī)組。

        (7)可以通過調(diào)整“供冷、供暖天數(shù)”來調(diào)節(jié)地埋孔的冷熱平衡問題。

        (8)采暖室外臨界溫度,一般民用建筑低于5℃確定供暖天數(shù),阜陽(yáng)低區(qū)低于5℃天數(shù)供計(jì)71天。具體供暖天數(shù)由業(yè)主最終確認(rèn)。

        4 結(jié)論

        該文計(jì)算阜陽(yáng)地區(qū)地源熱泵系統(tǒng)的熱平衡,并針對(duì)不同的末端形式計(jì)算系統(tǒng)的冷熱平衡,同時(shí)給出了相應(yīng)的解決方法。

        空調(diào)末端冬夏均采用風(fēng)機(jī)盤管,冷熱不平衡率-73.41%,即排熱遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于取熱,嚴(yán)重不平衡。針對(duì)這種情況下不平衡率:該文通過計(jì)算提出相應(yīng)的2種解決方案:①設(shè)置輔助冷源;②增設(shè)高溫?zé)岜脵C(jī)組制取生活熱水。地源熱泵機(jī)組與輔助冷源供冷,冬季地源熱泵機(jī)組供熱。多余熱量排入大氣;冬夏季供冷供熱均采用地源熱泵系統(tǒng),增設(shè)高溫?zé)岜脵C(jī)組制取生活熱水。多余熱量用于制取該項(xiàng)目全年生活熱水。經(jīng)計(jì)算,2種方案均可達(dá)到冷熱平衡。

        從計(jì)算結(jié)果得出,在阜陽(yáng)地區(qū),地源熱泵系統(tǒng)的末端形式采用冬季采用地暖、夏季采用風(fēng)機(jī)盤管比單一風(fēng)機(jī)盤管更有利于冷熱平衡。冬夏均采用風(fēng)盤時(shí),解決冷熱不平衡的方案:①設(shè)置輔助冷源;②增設(shè)高溫?zé)岜脵C(jī)組制取生活熱水。

        地?zé)崞胶馐且粋€(gè)相對(duì)復(fù)雜的過程,受很多因素影響。為防止出現(xiàn)取熱大于排熱的情況,系統(tǒng)預(yù)留其他輔助熱源接口,并預(yù)留輔助熱源的建筑條件及電氣條件,同時(shí)根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件,可適當(dāng)減少供暖天數(shù)。

        同時(shí)該文針對(duì)本項(xiàng)目給出減少系統(tǒng)冷熱不平衡率的幾點(diǎn)建議。

        參考文獻(xiàn)

        [1]住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB 50736—2012 民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].2012.

        [2]王恩琦,張方方,趙強(qiáng).冷熱負(fù)荷不平衡對(duì)地埋管換熱性能影響及相關(guān)措施的比較分析[J].暖通空調(diào),2013(11):96-99.

        [3]蔡龍俊,歐陽(yáng)生春.區(qū)域供冷供熱住宅建筑空調(diào)負(fù)荷同時(shí)使用系數(shù)的計(jì)算[J].能源技術(shù),2006(6):130-131.

        [4]陳剛,劉澤華,寧勇飛.住宅建筑空調(diào)負(fù)荷分析與同時(shí)使用系數(shù)的計(jì)算[J].流體機(jī)械,2003(7):47-49.

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