跨季节空气-土壤蓄热式热泵系统及运行特性研究

作     者：崔军艳 

作者单位：河北工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：鲍玲玲

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 081404[工学-供热、供燃气、通风及空调工程] 0814[工学-土木工程] 

主      题：土壤源热泵 空气源热泵 空气换热器 季节性蓄热 运行性能 

摘      要：对于热负荷占优的寒冷地区,土壤源热泵系统长期运行将导致土壤温度逐年降低,进而影响系统运行性能,为解决此问题,可在非采暖季为土壤蓄热。基于此,本文提出空气-土壤蓄热式热泵系统,分为空气换热器-土壤蓄热式热泵系统（Heat pump with air heat exchanger soil heat storage,HPAHESHS）和空气源热泵-土壤蓄热式热泵系统（Ground source heat pump with air source heat pump heat storage,GSHPASHPHS）,非采暖季利用换热设备将空气中的热量储存至土壤中,冬季再由热泵从土壤中取热为用户提供热量。本文主要从以下几个方面对该系统展开研究:首先介绍了HPAHESHS系统和GSHPASHPHS系统的运行原理与模式,对两系统蓄热季运行数据进行了现场测试,为模拟研究提供数据支持。针对单供暖土壤源热泵系统,利用TRNSYS软件建立了两系统的动态仿真模型,并对模型进行了验证,分析了蓄热式热泵系统全年运行特性,并同单供暖土壤源热泵系统的运行情况进行对比,得出增加蓄热系统后单供暖土壤源热泵系统在寒冷地区可持续运行。其次,分析了空气换热器面积、空气源热泵制热量、空气流量、蓄热时长、循环水流量等参数对两蓄热式热泵系统运行性能的影响。在此基础上,以土壤热平衡率为约束条件,分别以两系统连续运行20年的总费用为目标,利用曲面分析法对系统进行优化分析,寻找系统的最优匹配方案,得出在最优工况下HPAHESHS系统单位延米地埋管需匹配的空气换热器面积为0.108 m2,GSHPASHPHS系统单位延米地埋管需匹配的空气源热泵机组额定制热量为8.0 W。最后,空气-土壤蓄热式热泵系统与传统燃煤、燃气、电锅炉供暖方式进行节能、环保效益等方面的对比,结果表明HPAHESHS系统和GSHPASHPHS系统的综合效益较好,证明了两系统在寒冷地区运行的可行性,为以后季节性土壤蓄热系统提供了参考。