基于运行策略的某复合式地源热泵系统运行优化分析

李鹏斐

【摘要】我国国土辽阔，但是资源稀缺，所以我国在发展的过程中会尽量节约能源，多采用自然资源，以达到节能的效用。地源热泵系统是现代常用的供热系统，其最主要的优先就是高效节能，对周围环境无污染，适合各类室内供暖。随着现代技术的发展，人民可采用仿真软件模拟系统运行，分析其运行情况，然后对系统进行设计优化，提高系统性能。本文主要基于运行策略分析某复合式地源热泵系统的运行情况，并制定合理的优化策略提升系统性能。

【关键词】运行策略;复合式地源热泵系统;系统运行;系统优化

地源热泵技术是我国近年来应用较广的环保技术，尤其是土壤源热泵受到大众的欢迎，应用率较为广泛，我国研究人员应该积极研究该技术，提升系统性能，在我国进一步推广该技术。该系统主要调节大型公共场所的温度，利用符合式的地源热泵代替空调系统做好控温工作。研究人员应该利用仿真系统对其运行进行模拟，分析其优化途径。

1、复合式地源热泵系统概述

所谓地源热泵系统就是一种节能式控温系统，该系统主要借助岩土层、地下水和地表水资源构成的供热系统，该系统可分为水源热泵机组、地热能交换系统以及建筑物设备三部分。该系统类型主要有三种，分别为地埋管地源热泵系统、地下水地源热泵系统以及地表水地源热泵系统，本文所研究的是复合式地源热泵系统就是利用复合式地源热泵作为冷热源工作的系统。对于此类地源热泵系统而言，其运行策略非常重要，选择良好的运行策略，其系统会出现显著差异，首当其冲的就是系统经济性，如果研究人员为该系统制定的运行策略并不得当，该系统的运行效果及运行寿命就会受到影响。目前，很多研究人员都在研究该系统的优化，其研究要点在于冷却塔和地埋管的复合形式。我国研究人员应该充分利用仿真系统模拟该系统的运行策略，以便能得出最佳优化方案。

2、复合式地源热泵系统运行分析

本次研究的系统主要为复合型地源热泵系统，主要由地埋管地源热泵子系统与冷水机组+冷水塔子系统构成，在冬季主要由地源热泵子系统承担供暖任务，在夏季需要制冷时则需要系统中的冷水机组和地源热泵子系统共同调节温度，联合制冷。

2.1数据采集及计算

在对该系统运行状态进行监督时，需要采用专业的数据采集系统和监控系统，保证系统正常运转。本次数据采集是利用该公共建筑空调系统运营方搭建的数据采集系统，该数据采集系统可对复合型地源热泵系统运行期间的数据进行采集，工作人员可根据其数据反馈判断系统的运行状态。在本次数据采集过程中，主要采集地源热泵系统各个设备机组的进出水温度和流量，获取数据信息就可完成计算。在夏季时，研究人员可通过获取机组的进出水温度和流量判断地源热泵机组和冷水机组的制冷情况，进而计算出该系统在制冷情况下的散热量。通过能量守恒定律，研究人员就可计算出机组的性能。

2.2系统运行结果分析

本文选取某大型公共建筑的复合式地源热泵系统在夏季的运行数据分析其地埋管性能和设备运行情况，根据复合式地源热泵系统机组开启情况得知该系统在夏季采取的运行策略：在夏季最少开启一台地源热泵机组，制冷时主要以地源热泵机组为主，冷水机组发挥辅助作用，两个设备机组共同完成制冷任务。仔细判断系统的运行状态可发现，该系统的运行策略与当地的气候有关，其主要可分为三个阶段，第一阶段是刚刚进入夏季，系统刚刚进入制冷期的状态，其冷负荷不大，整个制冷工作主要由地源热泵机组负责。通过研究该阶段地埋管进出水温度与地源热泵机组承载负荷的变化情况可得知：①在热泵机组承受负荷到一定数值时，地埋管的进出水温度将会上升，初始上升速率较快，后来会逐渐稳定，其稳定时间与热泵机组承担负荷的数值成正比，其承担负荷强度越大，稳定时间越长。②如果该系统持续工作，地埋管进出水温度将会受到地源热泵机组承担负荷的影响呈现下降趋势，因为该系统持续工作，土壤的热扩散能力大于热泵机组的冷凝器散热能力，如果长时间运行，散热速率较快，当附近土壤温度恢复常态时，地埋管的进出水温度将会呈现下降趋势。进入第二阶段后，外界温度较高，制冷工作由地源热泵机组和冷水机组共同负责，在该阶段，地源热泵机组与前一阶段对比会出现停机间歇的时间，并且次数逐渐在增多。分析地埋管的进出水温度和热泵机组承担负荷可得知，在该阶段地埋管进出水温度会相对稳定，进出水温差也会逐渐减小，这表示该系统地埋管的换热量逐渐减小。地埋管进出水温度上升导致附近土壤的温度升高。在地源热泵机组停机期间，系统周围的土壤会迅速恢复往常的温度。进入第三阶段，地源热泵机组会进入长时间的运行状态，其承担的负荷逐渐增大，地埋水进出水温度也逐渐升高。在该阶段，如果使用一台地源热泵机组，地埋管进出水温度明显下降，如果采用多台机组设备，地埋管进出水温度将会迅速上升，这充分证明机组承担的负荷与地埋管进出水温度变化存在紧密关系。

3、复合式地源热泵系统优化分析

本次研究的复合式地源热泵系统的供冷装置主要包括冷水机组和地源热泵系统，两个机组相互并联，在运行时互不干扰，所以夏季时可将地源热泵机组关闭，利用冷水机组单独制冷。复合式的地源热泵系统与传统的地源热泵系统相比更加灵活、多变。根据该系统的运行情况分析，如今的运行策略使得夏季地埋管進出水温度上升，周围土壤难以散热，导致地源热泵机组工作效率不高，所以可采用降低地源热泵机组承担负荷份额的方式优化系统，即在刚进入夏季制冷状态时应先让冷水机组制冷。进入盛夏季时，制冷仍要以冷水机组为主，并在清凉的时段关闭地源热泵系统，让其停机休息。通过减少地源热泵机组运行时间，降低地埋管进出水温度，让周围土壤温度得到恢复，以便在下一阶段能够实现迅速换热。

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