上海土壤源熱泵啟動工況的實驗研究

土壤源熱泵系統(tǒng)的的實驗裝置，分別對土壤源熱泵系統(tǒng)冬夏兩季的啟動工況進行了實驗研究，系統(tǒng)性能的測量主要采用了熱平衡法。熱泵機組的制冷（熱）量通過測量熱泵機組室內(nèi)側(cè)進出口水溫和相應(yīng)的流量得到。地下埋管的放（?。崃客ㄟ^熱泵機組室外側(cè)進出口水溫溫差及流量得到。壓縮機和室內(nèi)外循環(huán)水栗、風(fēng)機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)，從而得到實驗條件下埋地換熱器的啟動時間、進出口水溫的變化、機組或系統(tǒng)的COP值等對系統(tǒng)數(shù)值仿真和進一步研究有重要意義的參數(shù)。壤源熱泵系統(tǒng)的夏季運行工況及土壤溫度的響應(yīng)進行分析，提出改善土壤源熱泵系統(tǒng)匹配參數(shù)的方向。

通過實驗得到的夏季啟動工況的埋地P換熱器進出口水溫，蒸發(fā)器進出口水溫隨時間的變化趨勢見，。圖中可以看出夏季埋地換熱器啟動工況約需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)可以計算出機組的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.夏季啟動階段運行工況的實驗研究土壤源熱泵夏季運行工況中，埋地換熱器作為熱泵系統(tǒng)冷凝器向土壤中放熱。由于土壤溫度在系統(tǒng)運行的初始階段基本等于當(dāng)?shù)厝昶骄鶞囟?。上海地區(qū)的年平均溫度為15.7°C，而上海地區(qū)夏季空調(diào)計算溫度為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。

冬季啟動階段運行工況的實驗研究土壤源熱泵冬季運行工況中，埋地換熱器作為熱泵系統(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)的冬季運行工況將有更明時間/min夏季啟動工況埋地換熱器進出水溫顯的節(jié)能效果。實驗得到的埋地換熱器進出口水溫、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組的制熱量隨時間的變化表1實測壓縮機及熱泵系統(tǒng)的COP值，和表1.是元月23日和元月24日測得的室外側(cè)進出口水溫隨時間的變化。元月23日連續(xù)運行3小時后，埋地換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，此后即進入不穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的“正規(guī)熱狀況階段”或稱之為“準穩(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)制熱量很快就達到了設(shè)定值，但隨著運行時間的延續(xù)，制熱量略有下降。

冬季啟動工況埋地換熱器進出口水溫制熱量壓縮機耗功水泵等耗功機組COP系統(tǒng)COP元月23元月24曰從實測結(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），因而壓縮機的COP值很高，遠遠高于傳統(tǒng)的風(fēng)冷熱泵機組中的COP值；但熱泵系統(tǒng)整機的COP值并不高，甚至低于大多數(shù)風(fēng)冷熱泵的COP值，達不到節(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)機等耗能設(shè)備及流體的管路損失等進行詳細的考慮，即要整個系統(tǒng)的的耗能進行優(yōu)化，這一點在設(shè)計階段就要予以足夠的重視。

通過實驗研究，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)間方便進行切換的熱泵綜合性能實驗臺。實驗裝置的制冷量為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)實驗研究結(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)實驗，夏季啟動工況下，單位管長的放熱量約為約為50-70W/m，機組的C0P約6.4冬季啟動工況下，單位管長的放熱量約為40~60w/m，機組的COP約為3.87-4.22。

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