夏热冬冷地区混合式地源热泵系统控制方案研究

摘要

地源热泵利用浅层的地热能向建筑提供空调、采暖和热水，是可再生能源建筑利用的重要技术手段之一。夏热冬冷地区建筑的制冷期较长，为减少地埋管向土壤排放的热量以保证机组运行性能，常采用以冷却塔为辅助散热装置的混合式地源热泵系统。然而，混合式热泵系统初投资较高，如何采取合理的冷却塔启停控制方案以降低系统能耗同时保证土壤热平衡是当前面临的关键性问题。
　　本文采用瞬态系统仿真软件TRNSYS对夏热冬冷地区的混合式地源热泵系统进行了土壤传热特性和运行性能的研究。通过现场热响应测试实验获取土壤热物性参数，并对混合式地源热泵系统进行设计和系统建模;随后提出三种冷却塔启停控制方案，并针对每种方案设立不同的参数以得出各方案下的最优子方案，比较长沙地区各方案的适用性;最后，对同样处于夏热冬冷气候的上海和武汉进行同一建筑模型的系统设计与冷却塔启停控制方案研究，比较得出两地区的最适用方案，并综合地区差异分析三种控制方案的特点和适应性。
　　混合系统的控制方案以地埋管出水温度、地埋管出水与环境的温差以及运行时间为控制信号，在细化各控制方案参数设置的同时考虑各方案的结合，以保证混合系统的正常运行。另外，本文提出了评价土壤热平衡的具体指标，作为文中最优控制方案的选择标准之一。
　　结果表明，地埋管出水温度控制能够显著改善土壤热堆积问题，但能耗相对较高，地埋管出水与环境的温差控制反应灵敏且能耗低但在不同地域间效果各异，运行时间控制对控制信号设定值依赖小系统稳定性强。通过三种控制方案均能实现土壤热平衡，长沙地区和武汉地区采用运行时间控制较好，上海地区则更适用温差控制。