埋管地源热泵土壤温度变化实测分析

  埋管地源热泵土壤温度变化实测分析测试项目位于武汉市, 地埋管地源热泵系统为总建筑面积38 000 m2 的约200 户小高层住宅居民提供空调冷热源。项目设计夏季总冷负荷1 560kW, 冬季热负荷1 000 kW, 地埋管换热器安装于2002 年, 共采用240 个70 m 深的地埋管换热器, 钻孔间距为4 m。该地埋管地源热泵系统设有辅助冷却塔, 但系统从2004 年夏季开始运行至今, 由于尚未出现冷却水温度持续超过设计值, 因此冷却塔从未投入使用。本文整理了该系统从2005 年冬季开始连续3 个季度的监测记录, 剔除数据不全日期后的汇总数据见图4~ 9, 分析可得出如下几条规律:

 

  1) 由图4~ 6 可见, 地埋管地源热泵冬夏运行时, 土壤温度的日变化很小, 但是对比图4 和图6可见, 2006 年1 月7 日比2005 年1 月7 日的土壤温度有明显的升高, 这证明了地埋管地源热泵的热平衡是长期运行特性的反应。而且距离地埋管换热器中心越远, 土壤温度受地埋管换热器的影响越小, 并且温度值越接近土壤的初始温度越稳定。

 

  2) 对比图7 和图8 可见, 夏季土壤温升比冬季土壤温降明显, 沿竖直地埋管换热器半径方向的衰减也更为迅速, 这说明夏季空调负荷强度大于冬季。

 

  3) 对比图4 和图6 以及图7 和图9, 均可见地埋管地源热泵运行一年后, 各层土壤的温升为1. 5~ 2 e , 从冬季运行数据来看, 距离地埋管换热器中心越近温升越明显。可以预测, 对比不同周期年夏季运行工况中得到的测试数据将呈现距离地埋管换热器中心越近温升越大的趋势。而这两种趋势可以导致周期年后地埋管地源热泵系统的冬季制热效率稍有提升但夏季制冷效率明显下降。