上海土壤源熱泵啟動工況的實(shí)驗(yàn)研究

土壤源熱泵系統(tǒng)的的實(shí)驗(yàn)裝置，分別對土壤源熱泵系統(tǒng)冬夏兩季的啟動工況進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，系統(tǒng)性能的測量主要采用了熱平衡法。熱泵機(jī)組的制冷（熱）量通過測量熱泵機(jī)組室內(nèi)側(cè)進(jìn)出口水溫和相應(yīng)的流量得到。地下埋管的放（取）熱量通過熱泵機(jī)組室外側(cè)進(jìn)出口水溫溫差及流量得到。壓縮機(jī)和室內(nèi)外循環(huán)水栗、風(fēng)機(jī)盤管的電耗可通過功率電度表測得。通過熱平衡分析，可定量地研究土壤源熱泵在夏（冬）季制冷（熱）工況下的特性參數(shù)，從而得到實(shí)驗(yàn)條件下埋地?fù)Q熱器的啟動時間、進(jìn)出口水溫的變化、機(jī)組或系統(tǒng)的COP值等對系統(tǒng)數(shù)值仿真和進(jìn)一步研究有重要意義的參數(shù)。壤源熱泵系統(tǒng)的夏季運(yùn)行工況及土壤溫度的響應(yīng)進(jìn)行分析，提出改善土壤源熱泵系統(tǒng)匹配參數(shù)的方向。

通過實(shí)驗(yàn)得到的夏季啟動工況的埋地P換熱器進(jìn)出口水溫，蒸發(fā)器進(jìn)出口水溫隨時間的變化趨勢見，。圖中可以看出夏季埋地?fù)Q熱器啟動工況約需8小時左右，而蒸發(fā)器則僅需1小時左右。根據(jù)測定的數(shù)據(jù)可以計(jì)算出機(jī)組的COP約為2.2-2.5，系統(tǒng)的COP約為1.卜1.5.啟動工況卜，單位管長的放熱量約為5-70W/tn.夏季啟動階段運(yùn)行工況的實(shí)驗(yàn)研究土壤源熱泵夏季運(yùn)行工況中，埋地?fù)Q熱器作為熱泵系統(tǒng)冷凝器向土壤中放熱。由于土壤溫度在系統(tǒng)運(yùn)行的初始階段基本等于當(dāng)?shù)厝昶骄鶞囟取Ｉ虾５貐^(qū)的年平均溫度為15.7°C，而上海地區(qū)夏季空調(diào)計(jì)算溫度為35X：，由此可見，使用土壤作為熱源從溫度范圍的角度分析具有很大的優(yōu)越性。

冬季啟動階段運(yùn)行工況的實(shí)驗(yàn)研究土壤源熱泵冬季運(yùn)行工況中，埋地?fù)Q熱器作為熱泵系統(tǒng)蒸發(fā)器從十壤中吸熱。

上海地區(qū)的年平均溫度為15.7°C，而上海地區(qū)冬季空調(diào)計(jì)算溫度一般為1-5=C.由熱力學(xué)原理，蒸發(fā)溫度的提高，對提高系統(tǒng)的COP值更有效，由此可見，與一般的風(fēng)冷熱泵相比，七壤源熱泵系統(tǒng)的冬季運(yùn)行工況將有更明時間/min夏季啟動工況埋地?fù)Q熱器進(jìn)出水溫顯的節(jié)能效果。實(shí)驗(yàn)得到的埋地?fù)Q熱器進(jìn)出口水溫、系統(tǒng)制熱量及系統(tǒng)COP隨時間的變化見冬季啟動熱泵機(jī)組的制熱量隨時間的變化表1實(shí)測壓縮機(jī)及熱泵系統(tǒng)的COP值，和表1.是元月23日和元月24日測得的室外側(cè)進(jìn)出口水溫隨時間的變化。元月23日連續(xù)運(yùn)行3小時后，埋地?fù)Q熱器出來的水溫仍有10°C左右。元月24日測試系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行4小時后，其變化只是測試終了時刻的水溫值較前一天低。另外，從中室外側(cè)水溫的變化趨勢來看，都是在熱泵系統(tǒng)起動的前一個小時左右溫度的變化（降低）較為顯著，在隨后的時間內(nèi)變化緩慢。在第3個小時時間段內(nèi)溫度降低為約為0.7°C，在第4個小時時間段內(nèi)僅為0.4°C.可以得出如下結(jié)論：土壤源熱泵裝置在冬季制熱工況下的起動時間大約為45小時，此后即進(jìn)入不穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的“正規(guī)熱狀況階段”或稱之為“準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)階段”K53.而相應(yīng)的夏季起動時間則為910小時。造成這種差異的主要原因是由于冬季工況下，地下埋管換熱器內(nèi)流體與管外土壤的溫差較夏季要小，從而相應(yīng)的初始階段（啟動階段）經(jīng)歷的時間相應(yīng)地縮短。

通過熱平衡計(jì)算，可得單位長度管長的取熱率為40~60w/m.是冬季工況制熱量隨時間的變化，由于系統(tǒng)剛啟動時，土壤溫度較高，所以系統(tǒng)制熱量很快就達(dá)到了設(shè)定值，但隨著運(yùn)行時間的延續(xù)，制熱量略有下降。

冬季啟動工況埋地?fù)Q熱器進(jìn)出口水溫制熱量壓縮機(jī)耗功水泵等耗功機(jī)組COP系統(tǒng)COP元月23元月24曰從實(shí)測結(jié)果來看，采用土壤源熱泵系統(tǒng)能使熱泵系統(tǒng)處亍更好的工作壓力范圍內(nèi)（高的蒸發(fā)溫度），因而壓縮機(jī)的COP值很高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的風(fēng)冷熱泵機(jī)組中的COP值；但熱泵系統(tǒng)整機(jī)的COP值并不高，甚至低于大多數(shù)風(fēng)冷熱泵的COP值，達(dá)不到節(jié)能的效果。因此要使土壤源熱泵系統(tǒng)充分發(fā)揮作用，獲得最大的節(jié)能效果，最終縮小投資回收期，還要對整個系統(tǒng)中的循環(huán)水泵及風(fēng)機(jī)等耗能設(shè)備及流體的管路損失等進(jìn)行詳細(xì)的考慮，即要整個系統(tǒng)的的耗能進(jìn)行優(yōu)化，這一點(diǎn)在設(shè)計(jì)階段就要予以足夠的重視。

通過實(shí)驗(yàn)研究，得到以下主要結(jié)論：6.1建立了可在風(fēng)冷熱源熱泵系統(tǒng)和土壤源熱泵系統(tǒng)間方便進(jìn)行切換的熱泵綜合性能實(shí)驗(yàn)臺。實(shí)驗(yàn)裝置的制冷量為15kW，功率為5kW.溫度測量系統(tǒng)的誤差為2.6%，流量測量系統(tǒng)的誤差為5% 6.2根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果，上海地區(qū)土壤源熱泵夏季工況的啟動階段約需8-10小時，冬季約需3-5小時；6.3根據(jù)實(shí)驗(yàn)，夏季啟動工況下，單位管長的放熱量約為約為50-70W/m，機(jī)組的C0P約6.4冬季啟動工況下，單位管長的放熱量約為40~60w/m，機(jī)組的COP約為3.87-4.22。

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