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1、土壤蓄冷与土壤耦合热泵 集成系统的流程哈尔滨工业大学热泵空调技术研究所 姚 杨，马最良，姜益强热泵空调技术研究所近年来，土壤耦合热泵在国内外的推广与应 用日益广泛，因其使用资源无限、可以再生、与 生态环境和谐的地热能，符合能源的可持续发展 战略，因此，被认为是一种清洁、无污染的绿色 空调技术，是国际空调与制冷行业的前沿课题之一。空调系统的用电量极大地加剧了电网的峰谷 差。如果能把空调制冷系统的部分甚至全部用电 量转移至夜间电力低谷时段，则对平衡电力峰谷 差、免建高峰电站、节约投资、减少环境污染， 提高电网负荷利用效率，将会产生十分积极的作 用。空调蓄冷技术已成为空调制冷行业的前沿课题之一。 1
2、. 前 言热泵空调技术研究所1. 前 言基于我国电力峰谷差大、空调能耗与环境保 护问题，提出土壤蓄冷与土壤耦合热泵集成系统 的设想。将蓄冷装置与土壤耦合热泵地下吸热装 置合二为一。通过三工况冷热水机组实现集成系 统的热泵、蓄冷和空调三功能。这是热泵系统的 新发展，用土壤蓄冷来削峰填谷更是蓄冷空调的 一种原始创新。该系统充分利用了冻土蓄冷技术 与土壤耦合热泵系统的优点，将土壤耦合热泵系 统的地下埋管换热器兼作蓄冷装置，利用夜间电 力的低谷期，将冷量全部或部分地贮存到地下， 以供白天用电高峰期空调用。在我国南方以空调 负荷为主、采暖负荷为辅的地区，开发和应用这 种新型的土壤蓄冷与热泵的集成系统，将
3、会比北 方更具有节能效果和环保效益。 热泵空调技术研究所n地下埋管换热器具有双重功效。在集成系统中， 蓄冷装置与土壤耦合热泵系统的地下埋管换热器 合二为一。一方面，地下埋管作为土壤耦合热泵 系统的热交换器，土壤作为热泵系统的低位热源 或热汇；另一方面，地下埋管作为蓄冷空调的蓄 冷装置，取代传统蓄冷系统的蓄冰筒或蓄冰槽， 土壤作为蓄冷系统的冷量贮存介质。由于埋管换 热器具有双重功效，有效地解决了蓄冷装置的占 地面积大、初投资高的问题；同时也改善了土壤 耦合热泵系统夏季空调工况的运行性能，解决了 单一的土壤耦合热泵系统运行年久出力不足的失 效问题。 2.集成系统的特点 热泵空调技术研究所n为实现集
4、成系统的各种功能，在系统中 要求采用三工况冷热水机组。由于集成 系统在不同的运行时段要求在土壤蓄冷 、释冷流程、土壤耦合热泵系统的供暖 流程及供冷流程间切换运行，因此，为 实现系统在整个运行期间内的蓄冷、空 调及供暖的功能，系统中冷热水机组要 求具有三工况，即低温工况、空调工况和制热工况。 2.集成系统的特点 热泵空调技术研究所n该系统是具有蓄冷功能的土壤耦合热泵新系 统。它不是将蓄冷装置（蓄冷槽、蓄冰筒等 ）机械地装配到土壤耦合热泵系统上而组成 的新系统，而是在综合考虑土壤耦合热泵技 术与土壤蓄冷技术二者特点的基础上，改变 地下埋管换热器的结构形式与布置方式，将 蓄冷系统与土壤耦合热泵系统有
5、机地结合起 来，组成一种既不同于单纯的蓄冷系统，又 不同于单纯的土壤耦合热泵系统的全新的集 成系统。 2.集成系统的特点 热泵空调技术研究所n该系统是一种通过水流换向来实现供冷 与供热工况的转换、蓄冷与释冷工况的 转换、蓄冷空调系统运行模式的转换等，并在系统中增设冷却水系统。n该系统既达到电力削峰填谷的目的，又 实现了可再生能源在空调中的应用。一 个系统同时解决了目前空调中的两个热 点难题。2.集成系统的特点 热泵空调技术研究所研究的问题 n探索土壤蓄冷机理与其热力特性；n建立集成系统的动态仿真模型；n寻求和优化地下埋管的型式与构造；n建立模拟土壤蓄冷和释冷的砂箱试验台 ，并进行试验研究；n研
6、究集成系统的不同运行模式及控制策 略，根据不同的约束条件，寻求最佳的 系统运行控制方案 热泵空调技术研究所3.集成系统的流程 土壤蓄冷流程土壤释冷流程热泵空调技术研究所3.集成系统的流程 串联释冷流程热泵空调技术研究所3.集成系统的流程 混合式系统流程热泵空调技术研究所3.集成系统的流程 供冷流程供暖流程热泵空调技术研究所n集成系统中土壤蓄冷与释冷过程的模拟建立了土壤蓄冷、释冷过程的数学模 型 土壤蓄冷与释冷的运行特性 土壤预蓄冷时间对系统蓄冷与释冷运 行特性的影响 蓄冷与释冷过程的冷量损失的分析 热泵空调技术研究所4.主要研究工作 4.主要研究工作n土壤蓄冷、释冷系统的实验验证热泵空调技术研
7、究所4.主要研究工作n冬季土壤源热泵取热和过渡季土壤恢复 的实验研究绝热边界情况下，冬季土壤源热泵取 热和过渡季土壤恢复的实验土壤远边界（等温边界）情况下，冬 季土壤源热泵取热和过渡季土壤恢复的 实验热泵空调技术研究所4.主要研究工作n建立了地下水运动和热传导联合作用下 的土壤源热泵系统垂直深埋U型地下换 热器的数学模型，并对换热器管群进行 整场数值模拟。n研究夏季地下水运动对地下换热器对土 壤蓄冷、释冷和冬季对土壤释热的影响 ，研究不同蓄冷率情况下土壤蓄冷、释冷情况。 热泵空调技术研究所在整合集成土壤耦合热泵技术及蓄冷技术 要素和成果的基础上，以新技术改造传统技 术，提出了一种适合于以空调负荷为主，采 暖负荷为辅地区的全新的空调系统形式，即 土壤蓄冷与土壤耦合热泵集成系统。给出了 集成系统的蓄冷、释冷运行模式的流程、冷 水机组与埋管换热器串联释冷运行模式的流 程、混合式系统流程、土壤耦合热泵系统供 暖与供冷运行模式的流程，并对此进行了较 系统的分析，为该课题的深入研究和实际应 用指明了方向。结 论 热泵空调技术研究所谢 谢！热泵空调技术研究所
