地源熱泵機組耦合三聯供系統的選型及優化

馬策龍

摘要：隨著我國科技水平不斷發展，新型地源熱泵技術應運而生，該技術在能源節約方面具有重要作用，通過地源熱泵機組和三聯供系統有效耦合，不僅能夠滿足分布式能源系統發展的需要，而且還能進一步提高能源綜合利用率，增加可再生能源的使用，這對社會經濟水平提高及建立環境友好型社會具有促進意義。本文對該系統進行介紹，并分析了系統運行模式及配置情況，最后探究了系統優化的具體措施。

關鍵詞：地源熱泵；三聯供系統；耦合；優化

中圖分類號：TK523 文獻標識碼：A

0 前言

現如今，社會各行業、人們生產生活對能源需求量正快速增加，為盡可能開發可再生能源、提高能源綜合利用率，應用地源地源熱泵系統耦合三聯供系統是十分必要的，這不僅符合社會經濟發展需要，而且還能起到環境保護作用。從中能夠看出，本文將針對這一論題具體分析，能夠為相關行業提供系統應用借鑒，而且還會提升行業經濟效益和社會效益。

1 系統介紹

1.1 基本情況介紹

地源地源熱泵系統的能源主要來源于淺層地熱能，獲取、整理后的能源主要為空間提供熱能和空調冷風，本文這一系統運行載體為水，高溫季節制冷時，能夠將所獲取的熱量借助載體完成有效性釋放操作，釋放對象主要為淺層地表土壤，空間熱量被吸收后，空間溫度會漸漸降低，進而能夠實現良好的低溫效果。該系統實際運行的過程中所消耗電能為0.8kW，同時，相應冷量會收集4.5kW左右；待低氣溫季節時，室內熱量來源于原來土壤中收集的熱能，進而室內溫度會逐漸升高，更好的滿足人們供暖需要。由于系統所儲存的能源可再生，并且無污染，因此，能源轉換、使用的過程中能夠起到環境保護這一作用。

燃氣冷熱電三聯供系統是指布置在用戶附近，以燃氣為一次能源用于發電，并利用發電后產生的余熱進行制冷或供熱，同時向用戶輸出電能、熱（冷）的分布式能源供應系統，可以有效地緩解天然氣冬夏季峰谷差，提高燃氣設施的利用效率，同時減少電力設備的峰值裝機容量，具有很好的社會和經濟效益。

1.2 系統特點

地源地源熱泵系統自身具有環保、能源節約等優勢，不足具體表現為溫度負荷失衡、能源供應不及時、土壤溫度場恢復效果較差。常規系統結合三聯供系統，這一系統使用設備較多，需占用樓頂面積，且存在頻繁倒機運行情況，安全系數相對較低，水資源耗費較多，系統故障頻繁、檢修維護費用較高；而地源熱泵耦合三聯供系統，這一系統前期資金投入相對較多，但其使用時間長，安全系數相對較高，水資源耗費較少，還可以增加發電機使用效率，解決地源熱泵冬夏取熱不平衡等問題，系統的檢修維護費用相對較低。

2 運行模式及配置

2.1 運行模式

本文系統運行模式主要有四種，第一種即制冷運行方式，通過機組傳輸室內已被吸收的熱量，以此降低室內溫度；第二種即熱水運行方式，熱量收集方式同上述同理，借助換熱器提升水溫；第三種即制冷聯合熱水運行方式，在制冷運行方式的基礎上，將所收集的熱量用于冷水加熱，所使用的加熱后的熱水無需收取費用；第四種即供暖聯合熱水運行方式，根據室內溫度需要實施室內熱水加熱處理，之后將熱量再次釋放于室內，進而提升室內溫度。

運行指標：淺層地能溫度在10～20℃之間；制熱溫度在45～50℃之間；制冷溫度在7～12℃之間，當所制溫度超過56℃時，即代表溫度由供暖轉變為熱水；且制冷COP可達4。

2.2 系統配置

在了解系統配置之前，應對工程基本信息大致掌握，工程為一線城市某商業辦公商圈，空調類型屬于舒適型，建筑面積約24萬平方米，應用區域主要為商業、辦公區等。

該工程設計冷負荷為11MW，熱負荷為12MW，三聯供系統選取兩臺1MW級發電機組，配合兩臺0.9MW供能量地源熱泵。為了實現室內氣流的自由流動，做到空調設備擺放的合理性，對設備機型、送風位置、回風位置進行了適當安排。機組實際工作時，優化其運行性能，同時，還應充分彰顯自動化控制效果，系統各個構件的材料具有質量保障，避免了水箱設備、水管設備在應用中出現漏水現象。

3 系統優化措施

從上述介紹可知，單一地源地源熱泵系統應用的過程中，存在能源吸放不均這一問題，對此進行系統優化時，主要通過耦合三聯供系統來進行。三聯供系統未增設之前，地源熱泵系統長時間運行會在單一供能方面良好表現，反之，效果相對較差，這在一定程度上會降低系統效率及使用壽命，不利于系統長時間應用。

三聯供系統耦合地源地源熱泵系統后，耦合系統即使長時間運行，也會做好能源吸收、能源釋放工作，實現能源收放平衡這一效果，例如，某地源熱泵運行6年，土壤的平均溫度由15.9℃升至17.1℃，升幅僅為1.2℃，同時在夏季地埋管的進口水溫由最初的22.2℃升至23.6℃，升幅僅為1.4℃，無論是土壤平均溫度，還是地埋管進口溫度，均比較平穩。對比于單一地源熱泵系統工況的各項數據，平均溫度升幅3.5℃，地埋管進口溫度升幅5.7℃，從中能夠看出，耦合系統能夠大大提高系統穩定性，真正起到系統優化作用，與此同時，換熱平衡效果會不斷優化，這對耦合系統運行時間延長具有重要意義。耦合系統優化后，系統經濟效益逐漸增多，這是傳統系統所無法超越的，同時，耦合系統還能在能源利用率提高、生態環境保護等方面發揮應用作用。

4 結論

綜上所述，地源熱泵機組耦合三聯供系統的適時應用，能夠充分滿足能源需要，同時，還會充分發揮耦合系統整體性能，這對系統應用范圍擴大，系統應用率提高有重要影響。除此之外，三聯供系統的加入，有利于實現淺層地熱能量吸放平衡良好效果，有利于改善地源熱泵系統換熱失衡現象，進而會促進耦合系統有序運行，能夠大大提升系統經濟效益。

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