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太陽能輔助地源熱泵供暖實(shí)驗(yàn)研究

2014-10-11 11:03趙忠超豐威仙鞏學(xué)梅米浩君
關(guān)鍵詞:回水溫度源熱泵熱泵

趙忠超,豐威仙,鞏學(xué)梅,米浩君,成 華,云 龍

(1.江蘇科技大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院,江蘇鎮(zhèn)江212003)

(2.寧波工程學(xué)院建筑工程學(xué)院,浙江寧波315016)

太陽能-地源熱泵是一種使用清潔可再生能源、環(huán)保、低能耗的理想系統(tǒng).自1956年P(guān)enrod提出太陽能集熱器與地源熱泵組合的設(shè)想[1]并于1969年給出系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程和方法后[2-3],學(xué)者們對該類系統(tǒng)進(jìn)行了大量研究[4-8].進(jìn)入21世紀(jì),隨著世界各國對能源與環(huán)境問題更加重視,太陽能-地源熱泵系統(tǒng)的研究得到了進(jìn)一步的發(fā)展.文獻(xiàn)[9]首次以TRNSYS為模擬平臺(tái),證明了在寒冷地區(qū),混合地源熱泵系統(tǒng)在經(jīng)濟(jì)上是可行的,節(jié)能效果明顯.文獻(xiàn)[10]通過對太陽能與地源熱泵復(fù)合系統(tǒng)的模擬提出了最佳配置和運(yùn)行方式.文獻(xiàn)[11]設(shè)計(jì)了太陽能-地源熱泵復(fù)合控制系統(tǒng),該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了多能源的綜合互補(bǔ)利用,同時(shí),系統(tǒng)將模糊PID控制算法與自動(dòng)變頻急速相結(jié)合,提高了對采暖末端溫度的控制精度,降低能耗.

目前,針對太陽能-地源熱泵復(fù)合系統(tǒng)研究技術(shù)手段主要采用理論分析和模擬分析,而采用實(shí)驗(yàn)研究較少,缺乏太陽能與地源熱泵聯(lián)合運(yùn)行的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),對其運(yùn)行性能缺乏足夠的認(rèn)識(shí).因此對太陽能-地源熱泵復(fù)合系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,對掌握其運(yùn)行特性,具有重要意義.文中利用寧波某公用建筑的復(fù)合系統(tǒng),對太陽能輔助地源熱泵供暖進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,獲得了SAGSHP供暖運(yùn)行特性變化規(guī)律,驗(yàn)證了太陽能輔助地源熱泵供暖性能優(yōu)于地源熱泵單獨(dú)供暖,SAGSHP供暖在技術(shù)上是完全可行的.

1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

為了研究太陽能輔助地源熱泵的供暖性能,文中對寧波某公用建筑的太陽能-地源熱泵復(fù)合系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究.該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由兩套機(jī)組參數(shù)相同的獨(dú)立的太陽能-地源熱泵復(fù)合系統(tǒng)組成,如圖1.系統(tǒng)主要包括6個(gè)部分:水源熱泵機(jī)組、地埋管換熱系統(tǒng)、空調(diào)末端系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)、太陽能集熱系統(tǒng)和生活熱水系統(tǒng).其中,兩套系統(tǒng)的空調(diào)末端相互獨(dú)立,GSHP系統(tǒng)對該建筑右邊9個(gè)辦公室進(jìn)行供暖,SAGSHP系統(tǒng)對左邊9個(gè)辦公室供暖,建筑左右兩邊辦公室規(guī)格及熱負(fù)荷皆相同.系統(tǒng)的主要設(shè)備及性能參數(shù)如表1.通過四通換向閥,系統(tǒng)在供暖模式和制冷模式間轉(zhuǎn)換.

圖1 太陽能-地源熱泵復(fù)合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)Fig.1 Schematic diagram of experimental system

表1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要設(shè)備與性能參數(shù)Table 1 Main characteristics of system

2 運(yùn)行模式

通過閥門的開啟與關(guān)閉,該空調(diào)系統(tǒng)可進(jìn)行多種運(yùn)行模式.文中主要研究冬季工況下的GSHP供暖模式和SAGSHP供暖模式.

1)GSHP供暖模式

此時(shí),地埋管換熱器與熱泵機(jī)組的蒸發(fā)器相接,空調(diào)末端與冷凝器相接,通過制冷劑循環(huán),不斷從地下土壤中吸收熱量供暖.從圖1可看出,當(dāng)閥門1~2,8,10和 15開啟,閥門3~7,9及 11~14關(guān)閉時(shí),地埋側(cè)循環(huán)水僅在蒸發(fā)器和地埋管間循環(huán)流動(dòng),熱泵只能通過地埋管換熱器從土壤中吸收熱量,地源熱泵單獨(dú)供暖.若室內(nèi)供暖要求不高時(shí),負(fù)荷側(cè)水泵2驅(qū)動(dòng)地埋管系統(tǒng)內(nèi)水直接通過風(fēng)機(jī)盤管供暖.此時(shí),閥門3~4,8,10和15開啟,閥門1~2,5~7,9和12~14關(guān)閉,地埋管換熱系統(tǒng)直接供暖.

2)SAGSHP供暖模式

在此模式下,太陽能集熱器將太陽能轉(zhuǎn)化為熱能并將熱量轉(zhuǎn)移至生活熱水箱的熱水中.太陽能部分的換熱采取溫差控制,即系統(tǒng)的啟停取決于熱水溫度(Thw)和地埋管回水溫度(T2).當(dāng)T2<Thw時(shí),閥門1~2,8,10和 13~14開啟,閥門 3~7,9,12及15關(guān)閉,閥門11開度由 T3,T4兩處的溫度控制,確保 T3≤60℃,T4≤25℃.如圖 1,循環(huán)水經(jīng)蒸發(fā)器換熱后,先進(jìn)入地埋管與土壤換熱,再進(jìn)入生活熱水箱中從熱水中吸收熱量,最后回到蒸發(fā)器,熱泵可從土壤和熱水中吸收熱量,太陽能輔助地源熱泵供暖.

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

在冬季工況下,對GSHP供暖以及SAGSHP供暖進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究.實(shí)驗(yàn)期為2011年11月30日~2012年2月30日.每天早上8∶30同時(shí)啟動(dòng)兩套系統(tǒng),分別按GSHP供暖模式以及SAGSHP供暖模式連續(xù)運(yùn)行8 h,16∶30同時(shí)關(guān)閉系統(tǒng).計(jì)量設(shè)備的性能參數(shù)見表2,該工程配備一個(gè)數(shù)據(jù)采集裝置.運(yùn)行期間,采集裝置每隔30s自動(dòng)采集一次負(fù)荷側(cè)供回水溫度和流量、地埋管側(cè)供回水溫度和流量、熱泵機(jī)組功率及太陽輻照度等模擬信號,通過組態(tài)軟件中的顯示模塊將采集數(shù)據(jù)圖形化.由于數(shù)據(jù)龐大,經(jīng)過計(jì)算分析發(fā)現(xiàn)每天系統(tǒng)的參數(shù)變化曲線趨勢相同,故選取系統(tǒng)運(yùn)行期間具有代表性時(shí)間段(8∶30~12∶00)進(jìn)行分析.兩系統(tǒng)的地埋管回水溫度(T)隨時(shí)間變化規(guī)律如圖2.圖3為熱泵機(jī)組的某一時(shí)段的平均功率(W).表3為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),其中T1~T6為某一時(shí)段的平均溫度(T1為GSHP供暖地埋管供水溫度,T2為回水溫度;T3為SAGSHP供暖地埋管供水溫度,T4為回水溫度;T5為室內(nèi)供水溫度,T6為回水溫度),v1~v2為某一段時(shí)間的平均流量(v1為負(fù)荷側(cè)流量,v2為地源側(cè)流量),Whp1~Whp2為某一時(shí)段熱泵機(jī)組的平均功率(Whp1為GSHP供暖時(shí)機(jī)組的功率,Whp2為SAGSHP供暖時(shí)機(jī)組的功率),G為某一時(shí)段內(nèi)太陽輻照度.

表2 計(jì)量設(shè)備性能參數(shù)Table 2 Characteristics of measure equipments

圖2 地埋管側(cè)回水溫度Fig.2 Inlet water temperature of ground heat exchanger

圖3 熱泵機(jī)組的功率Fig.3 Power of heat pump units

表3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及計(jì)算結(jié)果Table 3 Experimental datum and the calculated values

從圖2可看出,SAGSHP供暖時(shí)的地埋管側(cè)回水溫度明顯高于GSHP單獨(dú)供暖.這是由于單一熱源的地源熱泵系統(tǒng)地埋管側(cè)循環(huán)水僅在蒸發(fā)器與地埋管間循環(huán)流動(dòng),而加入太陽能輔助熱源后循環(huán)水除了與土壤換熱外,還可從生活熱水箱的熱水中吸收熱量.地源熱泵單獨(dú)供暖時(shí),地埋管側(cè)回水(進(jìn)入蒸發(fā)器)的平均溫度為18℃,而加入太陽能作為輔助熱源后,地埋管側(cè)回水平均溫度升至20.4℃.

熱泵機(jī)組的功率隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖3,兩種運(yùn)行模式下的熱泵耗功曲線變化基本相同,均是隨著運(yùn)行時(shí)間的增加,耗功量逐漸增大,至10∶30左右時(shí)達(dá)到最大值(SAGSHP供暖時(shí),機(jī)組功率為4.8 kW,GSHP供暖時(shí),機(jī)組功率為5.5 kW),機(jī)組停止運(yùn)行30 min,之后重新啟動(dòng).地源熱泵單獨(dú)供暖時(shí),供暖負(fù)荷主要由土壤和電能承擔(dān),而如上所述使用太陽能作為輔助熱源后地埋管回水溫度升高,故土壤負(fù)荷銳減,熱泵耗功也隨之減少,使用太陽能輔助熱源供暖時(shí)的耗功量明顯少于地源熱泵單獨(dú)供暖時(shí)熱泵耗功量.地源熱泵單獨(dú)供暖時(shí),熱泵機(jī)組的平均功率為5.3 kW,而加入太陽能作為輔助熱源后,熱泵機(jī)組的平均功率降至4.5 kW.

熱泵機(jī)組能效比COP計(jì)算公式:

式中,Q為運(yùn)行期間供給室內(nèi)的總熱量,J;Whp為熱泵機(jī)組的瞬時(shí)功率,W.

系統(tǒng)COP計(jì)算公式:

式中:WΣP為水泵等其他設(shè)備的瞬時(shí)功率,W.供給室內(nèi)熱量的計(jì)算公式:

式中:c為負(fù)荷側(cè)循環(huán)水的比熱容,J/(kg·℃);v為負(fù)荷側(cè)循環(huán)水流量,m3/h;ρ為循環(huán)水的密度,kg/m3;T5為負(fù)荷側(cè)供水溫度,℃;T6為負(fù)荷側(cè)回水溫度,℃.

太陽能作為輔助熱源,可利用式(4)計(jì)算集熱系統(tǒng)總集熱量[12]:

式中:Q1為太陽能集熱器的集熱量,J;η為太陽能集熱器的效率,η =0.8005-5.56Ti,Ti為歸一化溫差,根據(jù)參考文獻(xiàn)[13],Ti=0.026 9;A為太陽能集熱器采光面積,m2;G為輻照度,W/m2;t為系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)間,s.

表4為實(shí)驗(yàn)研究中獲得的太陽能輔助地源熱泵的計(jì)算結(jié)果.

表4 計(jì)算結(jié)果Table 4 Calculated results

由表4可以看出,SAGSHP供暖時(shí)其機(jī)組COP以及整個(gè)系統(tǒng)的COP均比GSHP單獨(dú)供暖高,即SAGSHP供暖運(yùn)行模式的性能要優(yōu)于GSHP.SAGSHP供暖時(shí)機(jī)組和系統(tǒng)的平均COP分別為3.8和2.8,GSHP單獨(dú)供暖時(shí)機(jī)組和系統(tǒng)的平均COP分別為3.3和2.6.進(jìn)一步分析表4可得,當(dāng)土壤與太陽能所承擔(dān)的負(fù)荷比例分別為58.1%(2408.69 kJ)與41.9%(1 736.07 kJ)時(shí),使用太陽能作為輔助熱源,機(jī)組和系統(tǒng)的平均 COP分別提高了15.1%和7.7%.比較空調(diào)系統(tǒng)實(shí)際供熱量與理論供熱量(熱泵的能耗與地埋管吸熱量之和),獲得熱不平衡率為7.5%,實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)手段較為合理.總之,增加太陽能輔助加熱設(shè)備后,冬季地埋管換熱器回水溫度和能效比均有較大提高.所以,從技術(shù)上來講,增加輔助加熱設(shè)備是完全可行的.

4 結(jié)論

文中采用寧波某公用建筑的太陽能-地源熱泵復(fù)合系統(tǒng)作為實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),對GSHP單獨(dú)供暖及SAGSHP供暖進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,獲得以下結(jié)論:與單一的地源熱泵相比,當(dāng)太陽能承擔(dān)41.9%負(fù)荷時(shí),地埋管側(cè)回水溫度提高了2.4℃,熱泵機(jī)組耗功量減少了0.8 kW,熱泵機(jī)組的COP提高了15.1%,整個(gè)系統(tǒng)的COP提高了7.7%,SAGSHP運(yùn)行模式具有明顯的性能優(yōu)勢.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明SAGSHP供暖節(jié)能效果顯著,增加輔助加熱設(shè)備在技術(shù)上是完全可行的.

References)

[1]Cube H L,Steimle F.熱泵的理論與實(shí)踐[M].王子介,譯.北京:中國建筑工業(yè)出版社,1986.

[2]Penrod E B,Prasanna K V.A Procedure for designing solar-earth heath pumps[J].Heating Piping & Air Conditioning,1969,41(6):97-100.

[3]Metz P D.The use of ground-coupled tanks in solar assisted heat pump system[J].Transaction of ASE Journal of Solar Energy Engineering,1982,104(4):366 -372.

[4]Ozgener O,Hepbasli A.A review on the energy and exergy analysis os solar assisted heat pump systems[J].Renewable and Sustainable Energy Reviews,2007,11:482-496.

[5]孔祥雷,周根明,陳育平.一種回收排水熱的新型熱泵式熱水器的設(shè)計(jì)[J].江蘇科技大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)報(bào),2009,23(5):407-410.Kong Xianglei,Zhou Gengming,Chen Yuping.Design of heat-pump water heater based on heat recovery of drainage[J].Journal of Jiangsu University of Science and Technology:Natural Science Edition,2009,23(5):407 -410.(in Chinese)

[6]Eicher S.Solar assisted heat pump for domestic hot water production[J].Energy Procedia,2012,30:571 -579.

[7]Wang E,F(xiàn)ung A S,Qi C,et al.Performance prediction of a hybrid solar ground-source heat pump system[J].Energy and Buildings,2012,47:600 -611.

[8]Farzin M,Alan S,Wey H.Feasibility of combined solar thermal and ground source heat pump systems in cold climate,Canada[J].Energy and Buildings,2013,61:224-232.

[9]Andrew D Chiasson,Cenk Yavuzturk.Assessment of the viability of hybrid geothermal heat pump system with solar thermal collector[J].ASHRAE Transactions,2003,109(2):487 -500.

[10]馮曉梅,張昕宇,鄒瑜,等.太陽能與地源熱泵復(fù)合系統(tǒng)的優(yōu)化配置與運(yùn)行方式[J].暖通空調(diào),2011,41(12):79-83.Feng Xiaomei,Zhang Xinyu,Zou Yu,et al.Optimizing configuring and running-mode of solar energy and ground-source heat pump hybrid systems[J].HV &AC,2011,41(12):79 -83.(in Chinese)

[11]程武山,李中彩.太陽能-地源熱泵復(fù)合控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].江蘇科技大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)報(bào),2012,26(6):576-580.Cheng Wushan,Li Zhongcai.Design and implementation of the hybrid control system of solar energy and ground source heat pump [J].Journal of Jiangsu University of Science and Technology:Natural Science Edition,2012,26(6):576 -580.(in Chinese)

[12]楊洪興,周 偉.太陽能建筑一體化技術(shù)與應(yīng)用[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2009.

[13]萬水.上海地區(qū)太陽能集熱器年平均集熱效率取值探討[J].給水排水,2012,38(10):95-98.Wan Shui.Discussion on the average thermal efficiency of solar collectors in Shanghai[J].Water &Wastewater Engineering,2012,38(10):95 - 98.(in Chinese)

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