因此，在地埋管地源熱泵的設(shè)計(jì)和運(yùn)行中，應(yīng)保持夏季向土壤釋放的熱量與冬季從土壤吸收的熱量基本相等，否則易導(dǎo)致地埋管地源熱泵性能下降，甚至失效^[3]。冷卻塔復(fù)合地埋管地源熱泵是將地埋管地源熱泵與冷卻塔相結(jié)合，由冷卻塔分擔(dān)夏季工況中部分冷卻水負(fù)荷，使地埋管地源熱泵全年向土壤的釋熱量與吸熱量基本相等^[4]。還可實(shí)現(xiàn)地埋管換熱器的間歇運(yùn)行，在冷卻塔運(yùn)行階段使土壤溫度得到恢復(fù)，以改善熱泵機(jī)組的性能。本文采用實(shí)驗(yàn)方法，對(duì)地埋管換熱器在連續(xù)運(yùn)行工況、間歇運(yùn)行工況下的換熱能力進(jìn)行研究。

2　實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

①實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用恒定地埋管換熱器進(jìn)水溫度的方法，實(shí)驗(yàn)?zāi)M夏季工況下地埋管換熱器在連續(xù)運(yùn)行工況、間歇運(yùn)行工況下的換熱能力。對(duì)于連續(xù)運(yùn)行工況，地埋管換熱器在周一至周五的8：10—l8：10連續(xù)運(yùn)行，其他時(shí)間停用。對(duì)于間歇運(yùn)行工況，地埋管換熱器在周一至周五的8：10—18：10間歇運(yùn)行，其他時(shí)間停用，并設(shè)計(jì)了3種運(yùn)行策略(見(jiàn)表l)。

地埋管換熱器的換熱能力由鉆孔單位深度換熱流量表征：鉆孔單位深度換熱流量越大，地埋管換熱器換熱能力越強(qiáng)；反之，越弱。根據(jù)實(shí)測(cè)供回水溫度、流量，鉆孔單位深度換熱流量q的計(jì)算式為：

式中q——鉆孔單位深度換熱流量，kW／m

Cp——水的比定壓熱容，kJ／(kg·K)

r——水的密度，kg／m³

qv——地埋管內(nèi)傳熱介質(zhì)(水)流量，m³／s

Dt——地埋管換熱器進(jìn)出水溫差，℃

L——鉆孔深度，m

②實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)流程見(jiàn)圖l。地埋管換熱器進(jìn)水溫度恒定在30℃，水的流速基本穩(wěn)定在0.5m／s。鉆孔深度l00m，地埋管換熱器布置為雙U形，采用PE管，外直徑為32mm，壁厚為3mm。在地埋管換熱器進(jìn)出水管道上分別設(shè)置溫度傳感器，并在鉆孔距地面0.5、2.5、4.5、9.5、14.5、24.5、44.5、64.5、94.5m處設(shè)溫度測(cè)點(diǎn)，測(cè)量土壤溫度。數(shù)據(jù)采集時(shí)間間隔為l0min，實(shí)測(cè)土壤初始平均溫度為l9.8℃。

3　實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

①連續(xù)運(yùn)行工況

連續(xù)運(yùn)行工況下，周一至周五地埋管換熱器連續(xù)運(yùn)行時(shí)間鉆孔單位深度換熱流量隨時(shí)間的變化見(jiàn)圖2。由圖2可知，隨著時(shí)間推移，鉆孔單位深度換熱流量整體呈下降趨勢(shì)，雖然周一二這種變化并不明顯，但從周三開(kāi)始，特別是周五，地埋管換熱器的換熱能力已有明顯降低。前一日運(yùn)行結(jié)束時(shí)的鉆孔單位深度換熱流量較低，但次日基本能恢復(fù)至前一日開(kāi)始運(yùn)行時(shí)的水平。周一至周五日均鉆孔單位深度換熱流量見(jiàn)表2。由表2可知，經(jīng)過(guò)5d的連續(xù)運(yùn)行，鉆孔單位深度換熱流量從67.1W／m下降至64.8W／m，下降幅度為3.4％。

連續(xù)運(yùn)行工況下周一至周五地埋管換熱器停用時(shí)間土壤平均溫度隨時(shí)間的變化見(jiàn)圖3。由圖3可知，土壤溫度的恢復(fù)是一個(gè)由快變慢的過(guò)程。在地埋管換熱器停用后，前4h土壤平均溫度快速下降，之后下降幅度明顯變緩。由于連續(xù)運(yùn)行，土壤平均溫度整體上有逐漸升高的趨勢(shì)。由實(shí)測(cè)結(jié)果可知，從周五地埋管換熱器停用到下一周運(yùn)行開(kāi)始，土壤經(jīng)過(guò)62h的恢復(fù)，土壤平均溫度從23.0℃下降至20.2℃，為下一周的運(yùn)行提供了有利條件。

②間歇運(yùn)行工況

間歇運(yùn)行工況下3種策略周一、周二日均鉆孔單位深度換熱流量見(jiàn)表3。由表3可知，與連續(xù)運(yùn)行工況相比，間歇運(yùn)行工況3種策略的地埋管換熱器換熱能力均有所改善。策略1、2的地埋管換熱器換熱能力優(yōu)于策略3，這表明地埋管換熱器停運(yùn)時(shí)間越長(zhǎng)，越有助于改善其換熱能力。策略l、2均為全天運(yùn)行6h，但策略l的地埋管換熱器換熱能力卻高于策略2。這說(shuō)明，在一段時(shí)間內(nèi)，采取相對(duì)分散的土壤溫度恢復(fù)時(shí)間比采取相對(duì)集中的土壤溫度恢復(fù)時(shí)間效果更好。

4　結(jié)論

①對(duì)于連續(xù)運(yùn)行工況，雖然前一日運(yùn)行結(jié)束時(shí)的鉆孔單位深度換熱流量較低，但土壤溫度經(jīng)過(guò)一定時(shí)間恢復(fù)，次日的鉆孔單位深度換熱流量基本能恢復(fù)至前一日開(kāi)始運(yùn)行時(shí)的水平，但整體上呈下降趨勢(shì)。

②與連續(xù)運(yùn)行工況相比，間歇運(yùn)行工況的地埋管換熱器換熱能力有所提高。

③對(duì)于間歇運(yùn)行工況，在一段時(shí)間內(nèi)，采取相對(duì)分散的土壤溫度恢復(fù)時(shí)間比采取相對(duì)集中的土壤溫度恢復(fù)時(shí)間效果更好。

參考文獻(xiàn)：

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[4]曲云霞，張林華，方肇洪．地源熱泵系統(tǒng)輔助散熱設(shè)備及其經(jīng)濟(jì)性能[J]．可再生能源，2003(4)：9-11．

本文作者：李沁  賈宇

作者單位：重慶大學(xué)城市建設(shè)與環(huán)境工程學(xué)院

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