安装在学校建筑的地耦合热泵系统冷却功能.doc

安装在学校建筑的地耦合热泵系统冷却功能 摘要 这篇报告展示了韩国某校安装的液体制冷型地下热泵系统（GSHP）的冷却功能。此次评估实在2007年的实际操作之下完成的。10个热泵零件被安装在建筑当中。同时，在175米深的24个钻孔之下还有为GSHP系统所安装的垂直地下热泵交换器。为了分析GSHP系统的冷却功能，我们在不同环境下进行了操作，包括室内温度、地面温度、水下温度等对交换器进行测试。同时，计算冷却零件以及输入功率来决定GSHP系统的冷却功能。在65%的部分负载的情况下，GSHP系统的平均冷却系数（COP）以及总体COP为~8.3以及~5.9，这证实GSHP系统比ASHP系统在更低温的冷凝器条件下更加有效。 介绍 随着石油燃料消耗量的不断增加，新的循环能源的需求与日俱增。在各种可循环能源系统中国，地热能源热泵（GSHP）系统在比HVAC系统占用更少的空间将其逐步淘汰的情况下，成为了有效的建筑物能源系统的一大亮点。相比常规蒸汽压缩热泵系统设立在室外，GSHP系统则采用了地热资源，拥有了更稳定的温度范围。并且，在冬季，地面温度总体上要比气温高，而在夏季则低于气温，这使得GSHP系统有效利用了地热能源，相比普通的蒸汽压缩系统提供了更高的能源效率。因此，根据1997年《京都议定书》，GSHP系统在建筑物环境调节方面有着强大的能源节省以及减少二氧化碳的排放。 GSHP系统利用了地层温度在加热和冷却模式中分别作为了热源。在冷却模式中，GSHP系统吸收来自环境的热量（如建筑物内）并且通过地热交换器传导至地面，而诸如ASHP系统则会把热量传至大气。因此，ASHP系统的COP值总体上被室外温度很苛刻地限制着。 然而，地热交换器的水循环作为了热能的冷凝器，其温度约比室外低10摄氏度，这样GSHP系统能够有比ASHP系统更高的COP值。 很多研究者都指出了通过计算来进行比较ASHP和GSHP系统。这些研究表明，GSHP比ASHP是更好的能源利用系统，从而操作热泵系统的冷却和加热单元。GSHP系统的功能很可能由诸多因素所影响，包括深度、长度、地热交换器的型号、以及热交换器的循环水流速度等。据报告称，GSHP的最佳调节功能是基于计算机模拟技术的。然而，先前的所有研究都是基于实验室或者住宅房中队GSHP系统功能进行评价的。在这些小规模的测试和应用之中，他们设置了GSHP系统的一些原件，如压缩机、热交换器以及泵。然而，GSHP的COP低于常规热泵系统，所以他们提议一些重要的实践必须考虑到借此达到更佳功效。多尔蒂等人比较了GSHP系统加温及冷却功能的表现，其中运用到了三种地热交换器——垂直地循环，水平密闭循环，槽微循环。 在这个试验中，垂直型的地下耦合热泵系统被装进了一所大学建筑中。为了获得GSHP系统鉴于能源消费总量获得更大的效率，采用压缩器控制的压缩机来满足冷却负载的需求。为了满足地热交换器循环水的稳定温度，钻孔达到了175米的深度。考虑到了内部温度以及室外气温的相对温度，地热交换器的热扩散特征，循环水温等参数。为了平定冷却功能，GSHP系统的COP取决于输入功率以及冷却功率。 2 实验步骤及操作方法 为了评估GSHP系统的功能，在韩国的釜山市某座大学里安装了其装置。建筑有六层高，GSHP系统为1、2两层提供制热和制冷功能，总面积1193平方米。 图片2描述了GSHP系统的构成，元件规范总结在表1中。很清楚可以看到，GSHP系统由外部制冷元件，地热交换器，内部元件构成。在这次研究中，总共有10个外部元件（LRW-2900D，LG电子，韩国）安装到位，每个外部元件由水制冷型交换器、两个压缩器、一个扩大装置、一个四路阀门构成。其中一台压缩器由逆变器控制以适应冷却回路的压缩器输入功率，这使得GSHP系统更加有效地减少功率耗费。板式热交换器用于一台交换地热交换器水循环以及热泵系统之间热量的冷凝器上。可以通过四路阀门控制制冷流向从而使用GSHP系统进行制热或制冷。在我们的进程中，我们调整GSHP系统为冷却模式。一个27KW的外部元件用以囊括了3到4个内部元件（LRD-N725T，LG电子，韩国），功率为7.2KW。 为地热交换器准备了高密度聚乙烯管。水在聚乙烯管以及泵（ILP 100-250,Hyosung-Ebara公司，韩国）中进行循环，从而压缩地热能并作为热源或散热。在冷却模式中，热量需要一个稳定的空间（如建筑）来通过热交换器进行散热。地热交换器使用了密闭垂直型（U型）并且利用了24个175米深的钻孔。钻孔之间间距为~5米。 我们选择了一个外部元件，它对应了四个内部元件来调研GSHP系统的冷却功能（如图2）。每一个内部元件安装在43.2平方米的办公区域内。为了调查地热交换器中的热交换表现，我们为地热交换器安装了T形热电偶，距离地下管道表面有1.5~2.5米，