01复合补热土壤热源的耦合供热运行：提高供热性能、降低埋管数量 游田

1、清华大学建筑技术科学系复合补热土壤源热泵的耦合供热运行：提高提高供热性能供热性能、降低埋管数量降低埋管数量报告人：尚升尚升作者：游游田田，石文星 王宝龙 吴伟 李先庭导师：李先庭李先庭1清华大学建筑技术科学系目录背景复合补热土壤源热泵系统模型建立系统性能分析总结2清华大学建筑技术科学系u土壤源热泵的特点n清洁环保n节能高效n政府补贴u应用现状 n增速迅猛n广泛应用于北方地区背景3清华大学建筑技术科学系u全年土壤热不平衡n供热为主的建筑n土壤温度下降n系统性能衰减甚至无法运行存在问题土壤4清华大学建筑技术科学系存在问题5建筑负荷土壤平均温度系统供热量u尖峰负荷供热不足 n热负荷增大n系统供热性能

2、衰减u地埋管数量大n维持尖峰供热n初投资高清华大学建筑技术科学系 3m5m7mu优化埋管设计 n增大埋管间距n增加埋管深度n增加埋管数量n应用效果可提高尖峰负荷的供热量，但增加打井费用和埋管占地面积不能根本解决全年热不平衡，仅能起延缓作用背景：研究现状6清华大学建筑技术科学系土壤背景：研究现状u增加辅助设备n锅炉能效比低高能低用n太阳能集热器初投资高受气候影响大运行维护困难n空气源热泵节能性有待进一步提高7清华大学建筑技术科学系目录背景复合补热土壤源热泵系统模型建立系统性能分析总结8清华大学建筑技术科学系复合补热土壤源热泵系统u复合补热机组+土壤源热泵系统n充分利用空气的热能n减少从土壤取热9

3、用户采暖空调机组热水电能生活热水热水机组电能热水复合补热机组地埋管换热器清华大学建筑技术科学系热虹吸模式p自然温差驱动 tp压缩机停止运行p压缩机运行p具有较高的 COPp大制热量Vapor Liquid热泵模式制热量加倍:86kW170kW实验室测试 COP:12.8612.86S蒸气压/缩热虹吸复合补热机组SS复合补热机组原理额定制热量: 170kW4.3m2.5m3.1m 15102025303540510清华大学建筑技术科学系复合补热机组与地源热泵耦合运行u非采暖期补热n蓄存高温空气热能有助于全年热平衡11清华大学建筑技术科学系u采暖期耦合供暖n提高机组入口水温提高机组效率；降低埋管数

4、量埋管数量n减少从土壤取热有助于全年热平衡复合补热机组与地源热泵耦合运行12清华大学建筑技术科学系目录背景复合补热土壤源热泵系统模型建立系统性能分析总结13清华大学建筑技术科学系系统模型建立u分析对象n哈尔滨8700m2 宾馆建筑n最大热负荷636kW，冷负荷366kWn累计热负荷1220MWh，冷负荷181MWh14原设计原设计埋管埋管80% 地地埋管埋管60% 地地埋管埋管40% 地地埋管埋管地埋管数地埋管数量量1401128456HCUT机组 (kW)250260350500GCHP机组 (kW)1223122312231223u系统设计n对比系统： 耦合运行的复合系统 复合补热机组：补

5、热和耦合供暖 非耦合运行的系统 复合补热机组：仅补热清华大学建筑技术科学系系统模型建立u系统模型15清华大学建筑技术科学系目录背景复合补热土壤源热泵系统模型建立系统性能分析总结16清华大学建筑技术科学系耦合系统运行性能分析17u减少埋管数量时，耦合系统的土壤温度更稳定清华大学建筑技术科学系系统节能性分析n机组入口水温提升：12.8n机组供暖COP提升：1.70n机组制热量提升：最大35%18u地源热泵机组性能( 若埋管数量减少至60% )清华大学建筑技术科学系系统节能性分析u系统性能对比：( 若埋管数量减少至60% )n耦合系统整体COP：2.56，非耦合系统整体COP：2.18，提升17.4

6、%19uHCUT机组性能( 若埋管数量减少至60% )n室外平均气温：-11.9，冷凝器出水温度：8.4n机组供暖COP：3.79清华大学建筑技术科学系系统经济性分析u与非耦合地源热泵系统对比u与锅炉辅助地源热泵系统对比埋管数量初投资(103 CNY)运行费(103 CNY)非耦合非耦合复合补热地源热泵系统140 根2783400耦合耦合复合补热地源热泵系统84 根2426383节省比例40%13%4%锅炉辅助地源热泵系统耦合的复合补热地源热泵系统初投资 (103 CNY)23692426运行费 (103 CNY)489383投资回收期 (年)基准1.020清华大学建筑技术科学系目录背景复合补热土壤源热泵系统模型建立系统性能分析总结21清华大学建筑技术科学系总结u1 全年土壤热不平衡和尖峰负荷制热不足是影响土壤源热泵在北方运行的两大重要问题u2 耦合运行的复合补热土壤源热泵系统可将常规设计的地埋管数量降低至60%，并能维持土壤温度平稳u3 耦合运行的复合系