上海虹桥站地埋管地源热泵系统设计与分析(2)

暖通空调HV&AC 2010年第40卷第5期 铁路建筑

4.2.1.2 冬季运行工况

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通过现场测试井试验取得数据:土壤导热系数为1.4W/(m!K),密度为1925kg/m3,比热容为1154J/(kg!K)。土壤初始温度取17.8#;地埋管夏季散热量为45W/m,冬季取热量为35W/m。

系统运行时间:空调运行季为5月1日至10月31日(6个月,计180d),供暖运行季为12月15日至次年3月15日(3个月,计90d),其余月份为土壤温度恢复期。

夏季动态冷负荷如图2所示,冬季动态热负荷如图3所示。对每日逐时空调负荷范围进行统计,统计结果如表1,2所示,可作为地源热泵系统运行的参考依据。

表1 虹桥站夏季空调负荷时间频数

负荷率/%

10

时间频数/%

0.7

204.3

3010.0

4018.5

5019.7

6016.7

7013.0

8010.4

905.5

1001.2

图8给出了秋末和春末过渡季土壤温度变化情况以及12月中旬到3月中旬3个月供暖期间,地埋管换热器从土壤吸取热量的过程中,土壤温度逐月降低的温度场。

表2 虹桥站冬季空调负荷时间频数

负荷率/%

10

时间频数/%

3.2

207.1

3011.3

4015.4

5016.7

6017.5

7015.0

808.5

903.5

1001.8

4.2 地埋管换热器性能对比分析4.2.1 方案1

4.2.1.1 夏季运行工况

图7给出了5月到10月的6个月间,地埋管换热器向土壤散热的过程中,土壤温度逐月升高的温度场。在空调季运行期间,管群所在土壤温度上升较快,逐渐呈现出连片状云图,周围无地埋管换热器的土壤的温度则维持在初始温度17.8#,对换热十分有利。经过一个空调季的运行,土壤月平均温度最高约27#,显然不会对系统稳定性造成显著影响,且为恢复期后的冬季运行提供了热量,在一定程

度上实现了夏季部分热量移冬季使用。

图8 方案1过渡季和供暖季土壤温度场计算结果

4.2.1.3 土壤温度变化特性及地埋管性能

图9所示为方案1土壤(该区域的四周与钻孔中心的距离均为1m)平均温度的月变化曲线。在空调季,6个月运行期满后,土壤平均温度升高了约5.13#。地埋管换热器的传热效率随着土壤温度的升高而降低,因此,实际运行时的负荷将低于设计值。按照6个月平均的土壤温度可估算得到实际传热效率约79.3%,而最低效率则低于71%,见图10。在供暖季,3个月运行期满后,土壤平均温度降低了4.47#。因为夏季负荷比冬季大,所以冬季温度降低值小于夏季空调运行时的温升值。此时,地埋管换热器的传热效率会随着土壤温度的降低而有所降低。同样,根据3个月平均的土壤温度可估算得到实际传热效率约为109%,而最低效率则为99%,见图11。

图9 1

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图10 根据土壤温度修正的方案1

夏季放热量

图13 根据土壤温度修正的方案2夏季放热量

图14 根据土壤温度修正的方案2冬季取热量

图11根据土壤温度修正的方案1冬季取热量

4.2.2 方案2

模拟结果显示,经过一个空调季的运行,土壤温度最高约24#。

图12所示为方案2土壤平均温度的月变化曲线。空调季6个月运行期满后,土壤平均温度升高了约2.48#。地埋管换热器实际传热效率约88.2%,而最低效率则低于85.6%,见图13。在供暖季,3个月运行期满后,土壤平均温度降低了2.13#,根据3个月平均的土壤温度可估算得到实际传热效率约98.2%,而最低效率则为94.3%,见图14

。

图12 方案2全年土壤平均温度变化情况

4.2.3 方案3

4.2.3.1 夏季运行工况

图15给出了5月到10月的6个月间,地埋管换热器向土壤散热的过程中,土壤温度逐月升高的温度场。经过一个空调季的运行,土壤温度最高约32#,不利于换热,严

图15 方案3空调季土壤温度场计算结果

4.2.3.2 冬季运行工况

图16给出了12月到3月期间地埋管换热器从土壤吸取热量的过程中,土壤温度逐月降低的温度场,由图可见,,

暖通空调HV&AC 2010年第40卷第5期 铁路建筑!25!

图19根据土壤温度修正的方案3冬季取热量

的热量,所以该温度降低值小于夏季空调运行时的温升值。此时,地埋管换热器的传热效率会随着土壤温度降低而有所降低。同样,根据3个月平均的土壤温度可估算得到实际传热效率约175%,最低效率为157%,结果如图19所

图16 方案3供暖季土壤温度场计算结果

示。

4.2.4 对比分析

从表3可看出,不同布管方案下地埋管换热器性能会有较大差别。以土壤温度变化特性的模拟为基础,对地埋

表3 地埋管换热器性能对照表

埋管方案

夏季

冬季

土壤月平均最土壤平均实际传热最低效土壤平均实际传热最低效高温度/#

方案1方案2方案3

272432

温升/#5.132.4812.05

效率/%79.388.264.2

率/%70.785.635.5

温降/#4.472.135.17

效率/%109.398.2175

率/%99.094.3157

4.2.3.3

土壤温度变化特性及地埋管性能

图17 方案3

全年土壤平均温度变化情况

管的传热效率进行了修正,方案1夏季传热效率从设计值93.8%衰减为70.7%,平均值为79.3%;冬季传热效率从设计值121.2%衰减为99.0%,平均值为109.3%。方案2夏季传热效率从设计值95.1%衰减为85.6%,平均值为88.2%;冬季传热效率从设计值104.0%衰减为94.3%,平均值为98.2%。可见,方案1夏季运行的稳定性略差于方案2,但由于土壤的蓄能作用,方案1冬季的运行性能要优于方案2。此外,由于方案1每个地埋管群单元可布置的地埋管数目为70根,方案2每个地埋管群单元布置的地埋管数目为54根,较方案1减少近23%,综合考虑运行效率和布置方式而言,方案1夏季的总放热量比方案2高16.4%,冬季总取热量比方案2高44.5%。因此,虹桥站采用方案1布管方案。

在全年运行过程中,方案1土壤夏季温升为5.13#,冬季温降为4.47#;方案2夏季温升为2.48#,冬季温降为2.13#;方案2的恢复性能较好。可见,在布管站台面积足够的情况下,应适当加大布管的纵向间距,以改善地埋管换热器性能。

采用方案3,供冷季结束时土壤温度升高约12.05#,,最后1图18 根据土壤温度修正的方案3夏季放热量

图17所示为方案3土壤温度月平均变化曲线。在空调季,6个月运行期满后,土壤平均温度升高了约12.05#,土壤温度达到29.8#左右,地埋管换热器的传热效率严重降低,地源热泵无法正常运行。按照6个月平均的土壤温度可估算得到实际传热效率约64.2%,最低效率仅为35.5%,此时地源热泵无法正常工作,结果如图18所示。在供暖季,3个月运行期满后,土壤平均温度降低了5.17#

,

!26!铁路建筑 暖通空调HV&AC 2010年第40卷第5期

月的传热效率仅为设计值的35.5%;供热季结束时,土壤温度下降5.17#,供热季的平均传热效率为设计工况的175%。地埋管夏季负荷高、持续时间长导致系统夏季无法正常运行,冬夏季冷热负荷不平衡率较大,反倒有利于冬季运行。因此,要改善其性能,则必须在实际运行时严格控制热泵夏季连续运行的时间,增加间歇时间作为恢复期,严格控制其冬夏负荷不平衡率,根据冬夏季运行时间,合理调控冬夏季的负荷强度。但这往往不符合实际需求。这种传统布管方式的优点是节省占地,适合于没有大量空余土地的情况。

从上述分析可以看出,在铁路客站站台下布置地埋管换热器, …… 此处隐藏：3259字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……