在線源理論的基礎(chǔ)上建立了土壤源熱泵系統(tǒng)的模擬模型,該模型可以用于土壤源熱泵系統(tǒng)的全年運行模擬,預(yù)測土壤源熱泵系統(tǒng)的能耗情況;對于土壤源熱泵系統(tǒng)的經(jīng)濟性評估,提出了地下?lián)Q熱器換熱成本的概念,并導(dǎo)出了地下?lián)Q熱器換熱成本的通用計算方法。本文中的模型可以對土壤源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計方案進行經(jīng)濟性評估,以便設(shè)計人員選取經(jīng)濟性較好的方案。

1、前言

　　目前,土壤源熱泵的設(shè)計主要依靠簡化的半經(jīng)驗公式進行計算,計算出所需要的鉆井長度,這種方法簡單實用,但是沒有考慮負荷的動態(tài)變化,無法知道設(shè)計出的鉆孔長度是否能夠滿足或者超過了系統(tǒng)的要求。要解決以上問題,需要引入對土壤源熱泵系統(tǒng)進行全年模擬的思路來評估設(shè)計方案的經(jīng)濟性。通過全年的運行模擬,可以針對不同地區(qū)、不同的建筑類型選取最優(yōu)的設(shè)計方案,使得地下?lián)Q熱器的換熱成本是最低的。換熱成本包括了地下?lián)Q熱器的初投資和熱泵的運行成本,本文將作重點論述。

　　國內(nèi)外學(xué)者對地源熱泵系統(tǒng)模擬做了大量的研究。Jeffrey和Sp itler在圓柱理論下使用短時間步長,提出了負荷累積和負荷主導(dǎo)期的概念,結(jié)合trnsys軟件對土壤源熱泵系統(tǒng)進行了長時間的模擬^[1、2] 。王景剛等在圓柱理論的基礎(chǔ)上,對地源熱泵的換熱特性進行了研究,并進行了實驗驗證,驗證了圓柱理論對地源熱泵模擬的準確性^[3] 。楊衛(wèi)波和施明基使用線源理論建立了可以用于土壤源熱泵系統(tǒng)短期運行模擬的計算模型,并把模擬結(jié)果和圓柱理論的計算結(jié)果進行了比較,兩種方法的計算結(jié)果相對誤差很小,但所建立的模型需要較長的計算時間,不適合做全年或多年模擬^[4] 。影響土壤源熱泵系統(tǒng)的初投資和運行成本的因素有很多,主要的影響因素是地下?lián)Q熱器的長度。地下?lián)Q熱器越長,系統(tǒng)的初投資就越大,但是在夏季可以取得較低的地下?lián)Q熱器出水溫度,在冬季可以取得較高的出水溫度,系統(tǒng)的節(jié)能潛力就越大。但是否低下?lián)Q熱器越長,土壤源熱泵系統(tǒng)的經(jīng)濟性就越高呢? 由于換熱成本的存在,答案是否定的。

　　本文在線熱源理論的基礎(chǔ)上,建立了可以用于土壤源熱泵系統(tǒng)全年逐時模擬的計算模型。通過本模型,可以直觀的預(yù)測土壤源熱泵系統(tǒng)中的熱泵的能耗情況,為土壤源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計和運行控制策略的制定提供參考。在全年能耗模擬的基礎(chǔ)上對地下?lián)Q熱器的換熱成本進行了分析,提出了一個可以對土壤源熱泵系統(tǒng)進行經(jīng)濟性評估的通用計算方法。

5、結(jié)語

　　線熱源理論是目前研究地下?lián)Q熱器特性最常用的理論,計算過程簡單,計算結(jié)果準確,且易于設(shè)計人員掌握。本文在線源理論的基礎(chǔ)上,把建筑的逐時負荷轉(zhuǎn)化為階躍矩形熱流,通過疊加原理作用到鉆井井壁,計算動態(tài)負荷下的鉆井井壁溫度,再通過鉆井井壁溫度計算U型管的出水溫度,并結(jié)合熱泵的性能曲線,建立了可以對土壤源熱泵系統(tǒng)進行全年模擬的計算模型。通過該模型,可以模擬土壤源熱泵全年的運行情況,計算出熱泵的能效比和耗電量、地下?lián)Q熱器全年的傳熱量、U型管的逐時出水溫度。

　　對于土壤源熱泵系統(tǒng)的經(jīng)濟性評估,本文提出了地下?lián)Q熱器換熱成本的概念,結(jié)合所建立的土壤源熱泵系統(tǒng)的模擬模型,導(dǎo)出了地下?lián)Q熱器換熱成本的通用計算方法。通過計算,可以很直觀的分析和預(yù)測土壤源熱泵系統(tǒng)的經(jīng)濟性。本文為土壤源熱泵系統(tǒng)設(shè)計時的方案評估提供了一種簡單而可靠的計算方法,以便設(shè)計人員選取經(jīng)濟性較好的設(shè)計方案。

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