地下水源热泵系统运行工况计算方法研究*

齐子姝　冯青春　车文昊　苏平起　张春玲

(1:吉林建筑大学市政与环境工程学院,长春　130118;　2:吉林东奥工程有限公司,长春　130000;

3:吉林绿地兴合建筑设计有限公司,长春　130000)



地下水源热泵系统运行工况计算方法研究*

齐子姝1冯青春2车文昊1苏平起3张春玲2

(1:吉林建筑大学市政与环境工程学院,长春130118;2:吉林东奥工程有限公司,长春130000;

3:吉林绿地兴合建筑设计有限公司,长春130000)

摘要：本文通过研究地下水源热泵计算模型,搭建系统计算平台,通过一算例,输入相关参数计算地下水源热泵系统井侧和用户侧流体温度、热泵机组耗功等数据,为实际工程运行和设计预测提供有效途径及方法,有利于进一步开展地下水热泵系统长年热力性能分析及预测探索性研究.

关键词：地下水源热泵；流体；能耗；能效比

地源热泵系统利用可再生能源,有效的实现建筑节能.地下水源热泵系统作为地源热泵系统的其中的一种形式,在地下含水层丰富地区得到大面积广泛应用[1].本文利用研究地下抽灌井群动态热传输机理,通过开发计算模块与计算平台的应用,将有助于大规模水源热泵系统的应用.通过进一步研究地下水源热泵系统运行过程计算方法,为实际工程设计及运行预测提供技术支撑,便于指导工程实践.

1地下水源热泵系统运行过程计算方法

近年来，地下水源热泵系统在我国得到迅猛发展,其建筑规模和应用范围越来越广泛.地下含水层温度场变化直接决定水源热泵空调机组运行功效,在复杂抽灌运行条件下,含水层热量运移及工程运行工况预测研究是其可持续良好运行的前提保障.为此搭建地下水源热泵系统计算平台,需简化水源热泵系统组成设备[2].图1为地下水源热泵系统流程图.系统包括地下水换热系统、换热器的一次水环路和二次水环路系统及末端空调系统,具体设备组成详见图1.冬季运行工况,地下水热量通过板式换热器由一次水环路系统传递到二次水环路系统,二次水环路流体流经热泵机组的蒸发器,末端空调水系统流经热泵机组冷凝器将热量供给建筑物室内.夏季运行工况,末端空调水系统流经热泵机组蒸发器为建筑物提供室内冷负荷,二次水环路流体流经热泵机组的冷凝器,再通过板式换热器将热量传递给地下.

① 地下水换热系统　② 水源热泵机组　③ 热媒(冷媒)管路系统　④ 用户空调系统1:抽水井群;2:回灌井群;3:潜水泵;4:除砂设备;5:板式换热器;6:一次水环路系统;7:二次水环路系统;8:二次水管路定压装置;9:二次水循环泵;10:二次水环路补水阀;11:抽水井转换阀门组;12:回水井转换阀门组;13:排污与泄水阀;14:排污与回扬阀门;15:热媒(冷媒)循环泵;16:热媒(冷媒)管路系统定压装置;17:热媒(冷媒)管路系统补水阀门;18:补给水泵;19:补给水箱;20:水处理设备;21:分水缸;22:集水缸;23:建筑物图1 地下水源热泵系统流程

对地下水源热泵系统进行简化如图2所示,包括板式换热器和热泵机组为主要设备.另外，还可在系统中设调节水池(见图3),利用温度或温差控制系统,当系统负荷(或抽灌井侧流体温差)较小时,可不启动抽灌井水泵,启动调节水池循环泵.当地下水质满足以下要求时[3-4](含砂量应<1/200 000;pH值为6.5～8.5;CaO含量应<200mg/L;矿化度<3g/L;Cl-含量<100mg/L,SO42-含量<200mg/L,Fe2+含量<1mg/L,H2S含量<0.5mg/L),可不设板式换热器,地下水冬季直接流经热泵蒸发器(夏季流经热泵冷凝器).本文以地下水直接换热为例,讨论地下水源热泵系统运行过程计算方法.

图2 简化的系统

图3 有调节水池的系统

2算例

2.1　计算过程

以冬季运行工况为例,编制地下水源热泵系统运行过程计算流程图(如图4所示).输入参数包括建筑物负荷逐时变化(平均值为477kW)、热泵机组蒸发器入口流体温度为15℃(抽井水温度)、建筑空调系统供水温度设定为45℃、热泵机组为额定标况下流量及其热泵性能曲线参数.可根据程序计算出建筑空调系统回水温度、回灌井水温度及热泵机组功耗和能效比等.

(a) 热泵机组　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(b) 总程序图4 计算程序

2.2　计算结果

在冬季工况下,地下水源热泵系统运行48h,计算结果如图5所示.图中分别为建筑物空调系统回水温度、回灌井水温度及热泵机组耗功量.由于建筑物负荷呈24h周期变化,所以建筑物空调系统回水温度、回灌井水温度及热泵机组耗功量也随时间呈周期性变化.结果表明，通过此计算程序可计算出当地下水源热泵系统长时间运行下的回灌井水温度、热泵机组能耗和能效比等重要运行数据.

(a) 空调系统回水温度　　　　　　　　　　　　(b) 回灌井水温度　　　　　　　　　　　　　　(c) 耗功图5 计算结果

3结语

地下水源热泵系统以地下水作为热源,水温不受环境温度的影响,且系统运行稳定,节能环保效果明显.本文为地能利用工程设计及运行预测提供技术保障,搭建了地下水源热系统计算平台,并通过一算例,计算地下水源热泵系统井侧和用户侧流体温度、热泵机组耗功等重要参数,可为以后进一步完善系统复杂模型计算及开展其他模块开发奠定理论基础.

参考文献

[1] 倪龙,马最良,封家平.地下水源热泵的研究现状与进展[J].建筑热能通风空调,2004(2):26-31.

[2] 马最良,吕悦.地源热泵系统设计与应用(第2版)[M].北京:机械工业出版社,2014:102-104.

[3] 席细平,熊继海,谢运生.南昌地区地下水源热泵的应用与分析[J].能源研究与管理,2010(1):40.

[4] 中华人民共和国建设部.地源热泵系统工程技术规范(GB50366—2005)[S].北京:中国出版社,2009.

The Research on the Calculation Method of Ground Water

Heat Pump System Operating Condition

QI Zi-shu1，FENG Qing-chun2，CHE Wen-hao1，SU Ping-qi3，ZHANG Chun-ling2

(1:SchoolofMunicipalandEnvironmentEngineering,JilinJianzhuUniversity,Changchun,China130118;

2:JilinProvinceDongaoCo,.Ltd,Changchun,China130000;

3:JilinProvinceXingheArchitecturalDesignCo,.Ltd,Changchun,China130000)

Abstract：In the paper,by studying the ground water heat pump calculation model,the computing platform for heat pump system was established.Through a calculation case,the fluid temperature of ground water heat pump well side and user side,heat pump power consumption and other data were analyzed by entering relevant parameters,which provide an approach for engineering design and operation prediction,and for the thermodynamic analysis of performance of system year by year and prospective study to guide the engineering practice.

Keywords:ground water heat pump；fluid；energy consumption；energy efficiency ratio

*基金项目：吉林省教育厅项目(吉教科合字【2014】第237号)；吉林建筑工程学院博士科研启动基金项目(20131101).

作者简介：齐子姝(1982~),女,吉林省长春市人,讲师,博士.

收稿日期：2014-09-30.

中图分类号：TK 512

文献标志码：A

文章编号：2095-8919(2015)03-0036-03