混合地源热泵系统冷却塔辅助散热比及运行方式研究

作     者：刘昊一 

作者单位：郑州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：卢纪富

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：混合地源热泵系统 辅助冷却比 辅助散热比 运行方式 

摘      要：在冷负荷为主的地区,地源热泵的长期运行会打乱土壤温度平衡,导致系统运行性能恶化。采用冷却塔辅助的混合地源热泵系统可以有效缓解地下热失衡,并减少初始投资。现有研究多集中在系统控制策略和运行参数上,冷却塔的设计往往仅以冷热负荷差为依据,且研究结果具有局限性。本文通过对两种不同冷却塔辅助散热比进行研究,得到了冷却塔应提供的最佳辅助散热量,分析了土壤温度升高引起机组制冷COP降低与制热COP提高之间的关系,并探讨最优辅助散热比在其它冷却塔运行方式下的适用性,得到了最优的系统运行方案。对混合地源热泵系统中冷却塔的运行和设计有一定实际意义。本文以郑州地区某建筑为研究对象,首先在TRNSYS中建立建筑模型并计算逐时冷热负荷,结合郑州地区地下热响应测试结果对地埋管回路和其它设备进行设计选型。随后建立地源热泵和混合地源热泵系统模型并进行十年运行模拟,结果表明混合地源热泵系统运行能够有效缓地下解热累积并提高机组COP,相比地源热泵系统土壤平均温度降低14.43℃,COP提高1.63%。提出两种辅助散热比并各选取8个比值进行模拟,以土壤平均温度,机组COP和系统总能耗为主要评价指标得到最优辅助冷却比和最优辅助散热比都为0.4,此时系统与普通混合地源热泵系统相比机组平均COP分别提高5.05%和5.50%;系统总能耗分别降低24340kW·h和27560kW·h,使土壤温度控制,提高机组COP和降低系统能耗三者达到较好的平衡。调整冷却塔运行时间使冷却塔与机组保持同步运行,探究辅助冷却比为0.4和辅助散热比为0.4时系统相较于普通模式较优的运行效果是否保持适用,结果表明以合适的辅助冷却比和辅助散热比运行的系统仍有较优的性能,辅助散热比为0.4时最优。对两种冷却塔运行时间下的六种系统运行方案进行对比,采用辅助冷却比和辅助散热比控制的系统运行方案B,E,C,F中机组平均COP普遍大于普通混合地源热泵系统;在冷却塔为全时间运行时,对方案F最为有利,此时机组平均COP为4.71,系统总能耗为510485kW·h,相比于普通模式,机组平均COP提高8.03%,系统总能耗降低43402kW·h。