蓄能失调-西南暖通年会

1、基于三维管群换热模型计算的土壤源热泵系统热平衡评价方法重庆大学 李文欣 王勇西南地区暖通空调及热能动力学术年会西南地区暖通空调及热能动力学术年会四川四川绵阳绵阳2015.10.152015.10.15研究背景系统热平衡多因素影响研究背景长期运行是否热平衡何时热失调失调后措施热平衡的计算方法与评价体系应进行多因素综合考虑研究分析多因素影响下的地源热泵系统多因素影响地质分层岩土竖向分层 传热参数变化 竖向传热竖向传热影响周围土壤影响回填横向传热影响回填模型失真采用统一的平均换热系数不合理多因素影响地质分层判定两种相似地质结构导热系数绝对变化率极限h建立不同地质结构下的三维单孔和管群多层地质结构模型

2、37%14%19% 工程所在区工程所在区岩土综合导热系数岩土综合导热系数平均换热系数平均换热系数1贵阳花溪区2.96.432贵阳南明区2.46.023贵阳云岩区2.56.324贵阳清镇市2.46.015贵阳花溪区2.66.13贵阳地区地质结构与岩土导热系数分布地质结构数据库建立 渗流可加强埋管换热，流速越大换热越强热渗耦合影响下的地埋管换热器数值模型-35m-65m多因素影响渗流p 与地质分层相结合，渗流位于不同分层深度的情况p 渗流流向的影响渗流位于不同深度 a. h=-20m b. h=-50m c. h=-80m渗流位于上层（0 -35m）渗流位于下层（-65 -100m）渗流位于中层（

3、-35 -65m）制冷工况下，运行48h小时相对无渗流工况，地下水渗流分别位于上、中、下层的换热量分别上升了5.8%、4.9%、2.6%。地下水渗流位于上层时，地埋管换热能力最好渗流位于不同深度制冷工况下，运行48h小时自左向右自下向上自右向左渗流速度300m/y时地下40m处温度分布云图模型示意图渗流位于不同方向针对不同渗流方向，当渗流方向为自右向左自右向左（出水管方向为上游、进水管方向为下游）时，最有利于地埋管换热器的良好运行渗流位于不同方向渗流速度v=300m/y时地埋管出水温度变化图周期变化频繁周期变化频繁 机组启停次数超80次/8h 运行周期多持续4-6分钟 停机时间占每个运行周期比

4、例约为33%-83%机组运行周期图多因素影响机组运行特性机组启停现象周期运行启停现象 机组压缩机级数 三机头热泵机组：“0%-33%-66%-100%” 机组启停控制 夏季：蒸发器出口水温在6-8时，机组运行；冬季：冷凝器出口水温在44-46考虑末端负荷到机组出力负荷的转化现现象象本本质质改改进进多因素影响机组运行特性多因素影响机组运行特性结合动态EER导入FLUENT进行计算结合机组启停特征，MATLAB转化输出机组出力负荷DeST逐时模拟建筑负荷研究手段： 建立考虑多影响因素 的管群模型研究目标两种思路考虑多种因素统一建模单因素分析进行耦合岩土蓄能失调计算方法综合全面建模困难难以判断各因素

5、的独立影响以及权重大小反映各因素影响建模较易因素筛选后耦合岩土温度变化区间 在该限值区间内，岩土热平衡可控； 当计算结果超过该限值岩土蓄能失调，采用主动方法调节 节能率岩土热平衡)()()(221tEERtEERtEERfsss土壤源热泵系统与常规系统岩土蓄能失调评价方法完善岩土蓄能平衡评价体系案例分析案例1、260 (610)80m深 单U管案例运行时长(小时/日)建筑负荷机组出力负荷峰值热负荷(kW)峰值冷负荷(kW)累积冷热负荷比累积冷热负荷比110223.61258.781.37:11.55:1210102.89258.784.14:14.82:1324342.721164.583.1

6、1:14.81:1边界对称性：1/4区域作为计算区域案例380 (810)100m深 双U管不同的运行时间不同的建筑规模模型验证（模型1 ）(a) 测试孔1 (b) 测试孔2 模拟值与实测值比较（2012年7月）平均相对误差 : 1.83%相对误差率相对误差率不同热不平衡率（案例1、2）平均出水温度平均土壤温度热不平衡率越大，出现蓄能失调的可能性越大14.44案例1热平衡节能率夏季节能率案例1、2 系统节能率分析节能率运行时间（年）运行时间（年）案例2冬季节能率平均土壤温度平均出水温度项目规模、运行时间 蓄能状态不同 冷热负荷总量差冷热负荷总量差相同热不平衡率（案例2、3）夏季节能率)()()(221tEERtEERtEERfsss案例3