土壤源热泵制冷间歇工况土壤温度响应实验研究
土壤源热泵
2 土壤源热泵系统的特点2．1 属可再生能源利用技术地表的土壤和水体自然地保持能量接受和发散的相对均衡。
这使得土壤源热泵利用储存于其中的近乎无限的太阳能或地能成为可能2．2 高效节能士壤源热泵机组可利用的土壤温度冬季为l5～18℃，土壤温度比环境空气温度高，所以热泵循环的蒸发温度提高，能效比也提高。
而夏季土壤为17～2O℃，土壤温度比环境空气温度低，所以制冷的冷凝温度降低，使得冷却效果好于风冷式和冷却塔式，机组效率提高。
2．3 运行稳定可靠土壤的温度一年四季相对稳定，其波动的范围远远小于空气的变动，是热泵机组很好的冷热源，土壤温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性。
自动控制程度高，使用寿命可长达25年以上。
不存在空气源热泵和冬季除霜等难点问题，克服了常规空调因外界气温的变化引起的多耗电、效果差等弊端。
室外地埋管的数量按照冬季设计负荷来计算，在夏季制冷工况下多余的热量由冷却塔来承担，冬季土壤所承担的吸热量为377 kW，钻孔数量为：377/(40~8o)=118个，所需占地面积为1 888 m ，地埋管系统图如图2所示。
蒜簟深层土壤温度全年恒定，冬季高于室外空气温度．夏季低于室外空气温度，是很好的热泵冷源或热源土壤源热泵比传统空调系统运行效率高出约40％～60％t 1，其制热性能系数也可达到2．2 3．2 ．被称为最具发展潜力的空调技术。
土壤源热泵技术在我国已经进入到快速发展阶段．各省市示范项目已达300多个，通过几年的运行，土壤源热泵表现出环保、节能及运行费用低等优点，同时一些问题也逐步显现出来。
二十世纪八十年代．山东青岛建筑工程学院(青岛理工大学的前身)、天津商学院和天津大学是最早研究地源热泵技术的三所高校他们搭建了国内最早的地源热泵系统试验台，先后开始了水平埋管和聚乙烯竖直埋管的传热理论和实验研究工作．但对于系统运行特性和传热机理的研究不够深入二十世纪九十年代末．一些著名院校如同济大学、哈尔滨工业大学、天津大学、清华大学、山东建筑大学等．在地埋管热泵系统的运行特性及地下土壤温度场的分布规律方面做了很多的研究．为地埋管热泵技术的应用和系统的推广提供了理论和实验参考.可能出现的问题3．2系统不匹配问题在土壤源热泵系统的工程设计中．存在系统匹配不合理的情况．匹配问题包括埋管间距及深度的匹配．埋管与热泵的匹配．热泵与末端装置的匹配等等，某一个设备选择过大或过小都会直接影响整个系统性能的发挥。
地源热泵的TRNSYS模拟与实验研究
参考内容二
摘要：本次演示采用TRNSYS仿真软件对地埋管地源热泵变流量系统进行模拟 研究，旨在探究其节能效果和使用价值。通过对比不同流量下的系统性能，发现 地埋管地源热泵变流量系统具有显著的节能优势和较高的使用价值。
引言：地埋管地源热泵是一种利用地下土壤温度波动实现冷热交换的节能空 调系统。随着人们对于节能和环保的度不断提高，地埋管地源热泵系统得到了广 泛应用。然而，传统地埋管地源热泵系统流量固定，容易导致能量浪费。因此， 研究地埋管地源热泵变流量系统的节能效果和使用价值具有重要意义。
模拟结果显示，地源热泵系统的供热水效率在夏季较高，冬季较低。因此， 将太阳能和地源热泵系统结合起来，可以平衡两种系统的优势和不足，提高整个 系统的稳定性和效率。
三、太阳能-蓄热与地源热泵的结 合
通过TRNSYS模拟，我们可以看到太阳能-蓄热系统和地源热泵系统各有其优 点和局限性。将两者结合，我们可以构建一个更为高效、环保的热水供应系统。
参考内容
标题：太阳能-蓄热与地源热泵供热水系统的TRNSYS模拟与研究
随着社会的进步和发展，对于可持续能源的需求越来越高，其中包括太阳能 和地源热泵等。本次演示将研究并模拟一种结合太阳能和地源热泵的热水供应系 统，以实现更高效、更环保的能源利用。
一、太阳能-蓄热系统
太阳能-蓄热系统利用太阳能集热器收集太阳能，通过蓄热装置储存热能， 在需要时释放。在TRNSYS模拟中，我们可以建立一个动态模型，根据输入的太阳 辐射量，实时计算出太阳能集热器的产热量和蓄热装置的温度变化。
2、热传导率
热传导率是衡量材料传热性能的重要参数。实验结果表明，有机质的热传导 率最高，其次为膨润土，水泥砂浆的热传导率最低。这表明有机质在导热性能方 面表现最佳，而水泥砂浆的保温性能最好。
地源热泵系统岩土热响应试验
地源热泵系统岩土热响应试验【摘要】本文主要介绍了地源热泵系统岩土热响应试验的研究内容。
通过对试验目的、试验环境设置、试验方法、试验结果分析和试验数据处理等方面的详细描述，揭示了地源热泵系统在岩土环境中的热响应特性。
实验结果表明，在不同地质条件下，地源热泵系统的热传导效果存在一定差异，这对系统的能效和稳定性都有一定影响。
通过对试验数据的处理和分析，为地源热泵系统在实际工程中的设计和运行提供了参考依据。
在结论部分总结了地源热泵系统岩土热响应试验的重要性，提出了进一步研究和完善的建议。
该研究对于推动地源热泵系统在岩土环境中的应用具有重要的理论和实践意义。
【关键词】地源热泵系统、岩土热响应试验、试验目的、试验环境设置、试验方法、试验结果分析、试验数据处理、结论、总结。
1. 引言1.1 地源热泵系统岩土热响应试验地源热泵系统是利用地下岩土中的地热能来供暖和制冷，是一种环保节能的供暖方式。
岩土热响应试验是为了探究地源热泵系统在不同岩土环境下的热响应特性，以便更好地设计和运行地源热泵系统，提高其能效和稳定性。
通过岩土热响应试验，可以了解岩土内部的温度分布规律，热传导特性以及热损失情况，进而为地源热泵系统的设计和运行提供依据。
试验涉及到的参数包括地下水位、岩土类型、地层温度等，通过对这些参数的监测和分析，可以得出地源热泵系统在各种岩土环境下的热响应特性及规律。
岩土热响应试验的数据分析和总结对于进一步推动地源热泵系统的发展和应用非常重要。
通过试验结果的分析，可以找出系统存在的问题，并进行相应的改进和优化，从而提高系统的效率和性能。
岩土热响应试验是地源热泵系统研究领域的重要内容，对于推动地源热泵系统的发展和应用具有重要的意义。
2. 正文2.1 试验目的试验目的是为了评估地源热泵系统在岩土地质环境中的热响应特性，探讨其在实际工程应用中的可行性和效果。
通过对岩土热响应试验的进行，可以深入了解地源热泵系统与岩土地质之间的热交换机理，从而为系统设计和优化提供理论基础和实际数据支持。
土壤源热泵制冷制热效率
土壤源热泵制冷制热效率1. 什么是土壤源热泵制冷制热？土壤源热泵是利用地下温度稳定的特性，通过地下热交换器将热能从地下采集，经过压缩机等设备提高温度，再通过热交换器将热能传递到需要制冷或制热的区域。
相比于传统的空气源热泵，土壤源热泵具有更高的效率和更稳定的性能。
2. 土壤源热泵的制冷效率土壤源热泵的制冷效率是指在制冷过程中单位能量的消耗能够带走多少的热量。
与传统的空气源热泵相比，土壤源热泵在制冷效率方面有着非常大的优势。
这是因为地下的温度变化非常缓慢，而空气温度则会有比较大的波动。
这就使得土壤源热泵在夏季高温时，能够更加稳定地提供制冷服务。
同时，土壤源热泵的地下热交换器能够有效地吸收地下的热量，因此制冷效率比空气源热泵更高。
根据实验数据，在制冷模式下，土壤源热泵的COP（Coefficient Of Performance）可以达到4.0左右，这意味着每消耗1度电的能量可以带动4度的热量带走，比空气源热泵高出近50%。
3. 土壤源热泵的制热效率土壤源热泵在制热效率方面同样有着非常优秀的表现。
它在制热过程中可以从地下采集热能，使室内温度在冬季保持稳定。
相比于传统的燃煤、燃油、燃气等供暖方式，土壤源热泵具有更加环保、节能的特点。
在制热模式下，土壤源热泵的COP通常可以达到3.0左右。
虽然比空气源热泵稍低，但是由于地下温度的稳定性，土壤源热泵在冬季制热的表现远远优于空气源热泵。
此外，土壤源热泵一般采用地暖供暖的方式，其温度分布更加均匀，比传统的供暖方式更加舒适。
4. 土壤源热泵的应用前景近年来，随着对环保和节能意识的提高，土壤源热泵逐渐得到广泛应用。
不仅在住宅供暖、空调、热水等领域得到应用，还在商业、工业等领域得到了推广。
土壤源热泵不仅具有环保、节能、舒适等特点，而且使用寿命长，运行稳定可靠。
在使用中，也需要按照规范进行维护与保养，以保证其长期高效运行。
总之，土壤源热泵在制冷制热效率方面具有较高的表现，是未来供热供冷的最优选择之一。
土壤源热泵热平衡的验证
满足式（ ５ ） 时， 土壤 因地 下水 位 的流 动 、 地下 土壤 缓 慢 的散热 等 因素 ， 都 能形 成 土壤源 冷热 的 自然平 衡 。 由式 （ ５ ） 计 算 全年 动态 负荷 累计值 ， 夏季 排热 累计 负荷 约５ ２ ５ ５ ４ ３ ｋ Ｗｈ ， 冬 季累计 吸热约４ ８ ５ ６ ４ １ ｋ Ｗｈ ， 不平 衡 率 约７ ％， 地源热 泵系统不平衡 率小 于１ ０ ％， 可以正 常运行 。
所示 。
无法继续运行 ， 若要地源热泵正常运行 ， 需利用额外的
辅热 系统 ，太 阳能 蓄热耦 合地 源热 泵 系统如 图 １ 所示 。
表１ 冬季１ 月２ ４日的运行情况示例
ｋ Ｗ
表２ 夏季８ 月８日的运行情 况
ｋ Ｗ
式 中 一 夏季 系统对 土 壤排热 量 ， ｋ Ｗ；
工程全年冷热负荷 的不平衡率来选择 系统的复杂程度 和
负荷来计算地源热泵的容量 ， 夏季使用空调系统时， 系 统 排入 地下 热量 有 限 ， 可 能导致 冬 季取热 量 不够 ， 随 着
运 行 时 间的推移 ， 这种 冬季 取热 不 足现象 积 累 ， 系统将
多榉 ｌ 生， 以一 幢地￣ －层别墅 为例回 ， 在假 设建 筑物 采用 了相 同的 围护结构 ， 通 过软 件对 我 国５ 个典 型气 候 区域 代表 性城 市 的全年 逐 时空调 负荷 进行 计算 ， 结果 如 图３
荷不平衡 ， 经过长时间运行 ， 冷、 热量堆积使局部土壤
温 度整 体变 化 ， 地壳 表面 温度分 布 遭到破 坏 ， 形成 局 部 地 区热 异常 状态 ， 相关 生 物 的生 存环 境 发生 变化 ， 物种 无法 适 应骤 变 的生存 环境 ， 于是 加速 灭亡 ， 破 坏 了正 常 的生 态平 衡 ， 产 生 一系列 的恶性循 环 。 为有 效利 用 能源 ， 减 少 生态破 坏 ， 需合 理设 计 地源 热泵 系统 ， 使冷 热 负荷平 衡 ， 还原 土壤 原始 温度 及其 热 物性 ， 然 而土壤 热 平衡 的影 响 因素复 杂多样 ， 土壤热 物 性、 埋 管 的布置 、 系 统运 行时 间 比等都会 影 响土 壤源 温 度 环 境 ，而影 响土 壤源 冷热 负荷 平衡 的根 本原 因在 于 用 户需 求 冷热 负荷 的不平 衡 。
地源热泵土壤热响应测试方案
地源热泵土壤热响应测试内容1.1热相应测试的意义与目的地源热泵系统与其它空气调节系统相比优点突出。
由于地层深处温度常年维持不变，远远高于冬季的室外温度，而又明显低于夏季的室外温度，因此地源热泵克服了空气源热泵的技术障碍，且效率有很大的提高，此外大地蓄存冬季系统排放的冷量、夏季排放的热量，在地源热泵系统中起到蓄能器的作用，进一步提高全年的能源利用效率。
这种一机多用的系统还包括节省建筑空间、无需冷却塔和室外风冷部分、对建筑外观影响小、运行费用低、投资回报快、全年运行均衡用电负荷以及低噪音、占地面积少、无污染物排放、不抽取并破坏地下水、寿命长等诸多的优势。
目前欧洲和北美正大力发展和推广应用地源热泵技术，我国也已研究和应用该技术。
设计地源热泵系统的地热换热器需要知道地下岩土的热物性参数。
如果热物性参数不准确，则设计的系统可能达不到负荷需要;也可能规模过大，从而加大初期投资。
确定地下岩土热物性参数的传统方法是首先根据钻孔取出的样本确定钻孔周围的地质构成，再通过查有关手册确定导热系数。
然而地下地质构成复杂，即使同一种岩石成分，其热物性参数取值范围也比较大。
况且不同地层地质条件下的导热系数可相差近十倍，导致计算得到的埋管长度也相差数倍，从而使得地源热泵系统的造价会产生相当大的偏差。
另外，不同的封井材料、埋管方式对换热都有影响，因此只有在现场直接测量才能正确得到地下岩土的热物性参数。
T，土壤的导通过现场测试的方法,确定土壤的基本参数,如土壤的原始地温sur热系数 等数据，为地源热泵地埋管系统的模拟分析提供准确的数据；同时确定地埋管换热器单位延伸的放热量及取热量，为地源热泵地埋管换热器的设计和施工提供依据。
1.2热响应测试的原理与方法实验主要在三个方面展开：首先是热响应测试，测出土壤的无干扰条件下的初时温度；模拟夏季空调的制冷试验和冬季的制热试验，测量井埋管换热器的放热能力和取热能力。
地埋结束后立即将管内充满清水，并进行封口，一个星期左右孔内回填材料已经充分凝固，管内清水已跟大地充分换热，因此测试必须在埋管封口后一周左右时间进行，测试开始打开循环水泵直接测试进、出孔温度，以出孔温度作为土壤平均温度。
土壤源热泵运行前后地温特性实验研究
鉴 的实 验依据 。
１ 土壤 源热泵 实验 系统
２ １ 热泵 运行 前土壤 温度 分布 ．
冬季 工况运 行前 的 １ ２月 ２ ９日 １ ：０至 １ １ ６０ 月 日１ ０ 当地 室 外 的最 低 气 温 为 ６ ６℃ ， 高气 ６：０， ． 最
共２ １口井 。其 中 ５口井 （ 号 为 １ ２＃， 编 ＃， ３＃， ４
＃ ， ＃ ） 面 按 照 ５ ｍ ，０ ｍ ，５ ｍ ，０ ｍ ， ５ｍ ， ５ 下 １ １ ２ ２
就需 要建 立武汉 地 区热泵基 础数据 库 ， 实际应 用 对
进行 预测 和传 感 器 。 地 下 土 质 为 砂 土 、
胡 志 高 袁 旭 东
（ 中科技 大学 ） 华
摘 要 利 用 现 有 土 壤 源 热 泵 实 验 设备 ， 行 冬 季 工 况 实 验 ， 得 热 泵 运 行 前 后 地 下 埋 管 的 温 度 分 布 ， 进 测 并 分析 土 壤 温 度 的分 布 规 律 及趋 势 ， 武 汉 地 区 土 壤 源 热 泵 的 方 案 规 划 、 计 、 行 和 维 护 管 理 提 供 一 定 的 为 设 运 理论依据和基础数据 。
ｍ ｉｔ ｎ ｐ ｒ ｔｏ ｔｅ ｔｏ ｅ ａｉ ｎ
土壤 源 热泵系 统具有 节能 和环保 等优点 ， 但其
换 热特性 受 土壤特性 影 响较大 ， 因此必 须根 据不 同 的地 理气 象条件 和 土 壤条 件 开 发 出一 套 相应 的土 壤 源热泵 技术 资料 ， 以促进 土壤源 热泵 的发展 。因 此 ， 将这 一技 术 应 用到 武 汉地 区 的实 际工 程 中， 要
（ ａｈ ｎ ｉ ｒｉ ｆ ｃ ｎｅａ ｄＴ ｃ ｎ ｌ ｙ Ｈｕｚｏ ｇＵｎ ｅｓ ｙｏ ｉ ｃ ｎ ｅｈ ｏｏ ） ｖ ｔ Ｓｅ ｇ
地源热泵系统土壤温度变化的影响因素分析
地源热泵系统土壤温度变化的影响因素分析陆游;王恩宇;杨久顺;齐承英【摘要】对实际运行的地源热泵系统土壤温度进行了分析,获得了土壤温度受地源热泵的释/吸热不平衡、释吸热量以及土壤过渡季自然恢复能力等因素的影响情况.研究结果表明,系统初期的运行模式对土壤温度具有重要的影响.试验系统在供热季末期吸热量为l 106 kW.h以下时土壤温度可以自动回升,在供冷季末期释热量为1 350 kW.h以下时,土壤温度也可以自动下降.在文中土壤条件下过渡季对土壤温度的恢复作用十分有限,土壤温度的动态平衡主要依赖地埋管换热器的全年热平衡.根据空调系统的冷热负荷差异,在设计和运行时通过必要措施来避免地埋管换热器的热失衡,是地源热泵系统长期可靠运行的关键.【期刊名称】《河北工业大学学报》【年(卷),期】2015(044)001【总页数】7页(P66-72)【关键词】地源热泵;土壤温度;影响因素;热失衡;地温恢复能力【作者】陆游;王恩宇;杨久顺;齐承英【作者单位】河北工业大学能源与环境工程学院,天津300401;河北工业大学能源与环境工程学院,天津300401;河北工业大学能源与环境工程学院,天津300401;河北工业大学能源与环境工程学院,天津300401【正文语种】中文【中图分类】TK51;TK52维持土壤温度的动态平衡是地源热泵系统能够长期运行的前提，很多学者对此都进行了研究．Shuhong Li等[1]研究一种复合地源热泵系统用于提供生活热水以及空间制冷制热来减缓地源热泵系统取热和排热的热失衡，通过FLUENT构建三维传热模型模拟热交换器周围土壤温度变化情况以及传热特征，结果显示由于夏天多余的排热导致埋管周围温度升高，并导致系统性能恶化．Jun Gao等[2]对一个地源热泵桩埋热交换器的案例进行了分析，在热失衡率分别为10%和3%的情况下，土壤温度提升幅度分别为2.77℃和0.81℃，对土壤温度的变化有较大的影响．Yujin Nam等[3]对日本的一个办公建筑进行模拟与实验研究，通过调整热交换器模拟模型来获得与实际数据更加接近的解，为地源热泵的设计提供更加精确的热交换器取排热比提供参考．花莉等[4]针对夏热冬冷地区土壤源热泵热平衡问题利用TRNSYS模拟分析了其影响因素，结果表明，造成土壤源热泵热失衡的根本原因在于空调的负荷差异，土壤的温度变化主要取决于实际从土壤中的吸热量和放热量的差异．杨卫波等[5]研究了地源热泵的启动特性，GSHP系统在运行初期埋管周围土壤温度变化较剧烈，而达到准稳态后,温度变化会趋于平缓．李元旦[6]亦得出相似结论，并进一步表明土壤源热泵的冬季启动时间比夏季的短，仅为4～5 h．地源热泵实际运行中，土壤温度变化还与其热恢复特性有关．刘俊等[7]以上海气象条件为例，模拟分析了地源热泵的热恢复特性，结果表明过渡季对土壤温度的恢复作用十分有限，热泵系统的可靠运行更主要是依赖冬季和夏季的负荷平衡．本文对应用于中型办公建筑的地源热泵系统进行了试验测试，重点对土壤温度变化的影响因素进行了分析，为解决地源热泵热失衡问题提供参考．本文所述的建筑位于天津市河北工业大学新校区，建筑面积约5 000m2，其空调系统采用太阳能-地源热泵组合系统[8]，通过增加太阳能辅助地源热泵系统来分担建筑的部分热负荷而保证地源热泵系统的土壤吸热/释热平衡．地源热泵的地埋管换热系统共分为11个孔组（如图1所示），每个孔组包含钻孔6口，孔深120m，孔间距4m．根据地质勘查结果，该建筑场地的地下120m范围内的岩土以粉质粘土、粉土和部分细砂为主，其自然密度、导热系数和质量比热的平均值分别为1 964 kg/m3、1.46W/m℃和1 527 kJ/kg℃．孔内埋设高密度聚乙烯（HDPE）U 型管，并回填原浆、细砂、粗砂或粘土等不同的回填料（见表1）．本文重点分析地源热泵系统的地温变化，所以在地埋管换热器中布置有若干测温热电阻．如图1中黑色圆点所标示的换热孔内，地下5m、15m、25m、35m、45m、60m、80m、100m和120m处均布置9个Pt1000热电阻，热电阻传感器紧贴管壁．热电阻传感器直径为5mm，埋设前进行了温度标定检测，测量精度为±0.1℃．为了更充分反映土壤温度的变化，在4个钻孔的中心位置布置有测温孔（如图1中M 1#和M 2#），为了保证钻孔的质量，孔组间钻孔间距在纵向增加到6m，测温孔内同样分别布置有9个测温热电阻．钻孔内热电阻通过四线制连接到Siemens数据采集模块或Aglient34970A型数据记录仪，自动采集并保存在PC电脑中，温度采集时间间隔分别为1m in和5m in．在系统运行之前，对土壤温度进行了测量．土壤20～30m深度为恒温层，温度为13.0℃，120m范围内，土壤的初始平均温度为14.1℃[9]．为了测定地埋管换热系统的运行特性，在热泵机组的地源侧和用户侧各安装1块热量表，并在集/分水器的11组干管上各安装1块热量表．热量表数据通过无线远程传输到空调系统数据采集中心服务器中，可以分别获得各管路的供/回水温度、瞬时流量、累计流量和累计热量，数据采集时间间隔为10m in．为了研究钻孔回填料及地埋管类型对地埋管换热器性能的影响，试验系统中采用了多种回填料和地埋管连接形式，形成了8种孔组类型，如表1所示．由于各钻孔内的地埋管连接形式和回填料的不同，在系统运行过程中各钻孔内的土壤温度会有所不同．对整个地埋管换热系统而言，钻孔内土壤的平均温度tg取为各钻孔的加权平均值，其计算公式为其中：tgi为第i孔组类型的代表温度；为孔组类型的权重，即不同的埋管连接形式和回填材料形式的钻孔占总钻孔数的比值．地源热泵的总释热量（夏季）和吸热量（冬季）以及各孔组的释热量和吸热量由对应的热量表数据记录中获得．2012年供冷季为6月17日～9月20日（96 d），供热季为11月5日～次年3月23日（139 d）．图2给出了2012年5月～2014年3月期间供冷季和供热季地源热泵的逐日释/吸热量变化，其中正值为释热量，负值为吸热量．从逐日的释热量和吸热量大小来看，供冷季的最大日释热量比供热季最大日吸热量大，但供冷季时间相对较短，而且在供冷季有多天没有供冷，日释热量变化幅度大，所以总的释热量比总吸热量小．2012年供冷季总释热量为120 582 kW h，供热季总吸热量为205 569 kW h，释热量仅占吸热量的58.7%，系统存在释吸热不平衡现象，与设计结果相差较大，其发生原因主要为：1）实际发生的冬夏累计负荷与设计负荷存在差异．设计负荷是根据建筑外围设计参数计算，而实际建设结果往往达不到设计要求；计算的供冷季为111 d（5月20日～9月7日），供热季为121 d（11月15日～3月15日）[8]，而2012年实际供冷季为96 d，供热季为139 d．在供冷期间，由于控制故障，系统运行改为手动，以及天气的原因，有32 d没有供冷负荷的产生．而在2013-01-22～2013-02-23假期期间，地源热泵系统负担了整个建筑的供热需求，也使实际发生的供热需求增大．2）系统设计的负荷率和启停时间与实际发生情况存在偏差．设计时预估了建筑人员、设备及风机盘管的开启情况[8]，与实际情况会有所出入．设计时预估系统运行时间假定为工作日8: 00～22:00，周末9:00～21: 00；实际运行时，在供冷季一般为9:00～21:00，供热季一般为5:30～23:30．设计时风机盘管根据室内温度设定而开关，实际运行时，风机盘管很少关闭．通过监测部分室内温度显示，多数房间在冬季超过21℃，有的甚至超过27℃．根据典型年气象数据模拟计算，设计依据的供热季累计供热量为96 811 kW h，供冷季累计供冷量为62 119 kWh．而2012年实际供热量为299 191 kW h，是设计值的3.1倍，实际供冷量为119 323 kW h，是设计值的1.9倍．供热量远超出供冷量，是供冷量的2.5倍．据美国国家标准统计局资料表明，如果在夏季将室内设定温度值下调1℃，将增加9%的能耗，如果在冬季将室内设定温度值上调1℃，将增加12%的能耗．2013年供冷/供热季亦有类似的规律，需要指出的是，为了避免2012年吸热量远大于释热量的情况，2013年供热季期间，在供热初期（a部分）和寒假期间（b部分），因为负荷较少的缘故，将整个建筑的热负荷全部由太阳能辅助地源热泵系统承担，使得2013年吸热量大幅度减少，这部分将在另文分析．3.1 释吸热不平衡对土壤温度的影响图3给出了地源热泵系统2012年5月～2014年3月期间两个供冷供热季的土壤平均温度变化曲线，其中每天的土壤温度为24时刻的换热孔或测温孔内土壤温度的加权平均值．总体来看，换热孔内的土壤温度随着释热或吸热而明显升高或降低，与建筑负荷需求直接相关，释热或吸热过程中土壤温度最大升幅为5.3℃，最大降幅为4.1℃，整体变化幅度为7.6℃（17.4～9.8℃）．测温孔土壤温度的变化较平缓，变化幅度为1.8℃（13.7～11.9℃）．而且，测温孔土壤温度的峰值（或波谷值）发生时刻比换热孔滞后约3个月，其转折点几乎在供热或供冷转换时刻，说明换热孔周围热量的传递是持续而缓慢的．从年度变化来看，从2012-06-17～2013-05-25，经过一个供冷季和一个供热季周期的运行，地源热泵换热孔内土壤温度由初始的12.9℃变为12.1℃，降低了0.8℃．2012年供冷季释热使土壤温度升高1.0℃，而2012年供热季吸热使土壤温度降低1.8℃，可见，土壤释吸热不平衡使土壤温度水平发生了较大的变化．然而，从2012-11-05～2013-11-05期间考虑，经过一个供热季和一个供冷季周期的运行后，换热孔内的土壤温度由初始的13.9℃变为13.7℃，降低了0.2℃，释热量的补充使土壤温度水平得到改善．可见，地源热泵释吸热量对土壤温度有着至关重要的作用．经过2012年供冷季后，换热孔土壤温度由12.85℃上升至13.86℃，上升幅度为1.01℃；经过2012年供热季，土壤温度由13.86℃下降至12.13℃，下降幅度为1.73℃；经过2013年供冷季后，土壤温度由12.13℃上升至13.85℃，上升幅度为1.72℃；这说明释吸热对土壤温度的影响非常大．由于2012年供热季吸热量远大于供冷季释热量，土壤温度下降较多，在2013-02-21，开始出现吸热困难，蒸发器进水温度偏低，之后通过加大水泵频率的方式来提高蒸发器进水温度，保证热泵机组的运行．3.2 系统启动阶段土壤温度的变化从图3来看，换热孔内土壤在某些时候（尤其是供热或供冷初期）会出现较快的降低或升高，导致土壤温度出现阶跃性的变化．图4中分别给出了2012年和2013年供热季初期的土壤温度变化曲线．表2给出了供热初期典型天的各参数的变化，2012年最初3 d的温降为1.7℃，而2013年最初3 d的温降仅为1.0℃．从运行数据来看，2012年供热季，11月5日11:40开始至11月22日22:30期间，机组一直持续运行，而2013年供热季，11月18日11:00开始运行以来，每天运行时间为早上6:00至晚上22:30，每天间歇运行．虽然机组运行后换热孔温度都迅速降低，但由于2013年相比2012年在系统启动的初期采用了间歇运行，使得土壤每天有7.5 h的恢复时间，使得每天24时刻的土壤温度得到了一定的提升．虽然2013年供热季土壤初始比2012年低0.2℃，但在整个供热季换热孔温度比2012年基本整体高约0.5℃，为机组的高效运行提供了条件．图4表明系统运行初期的吸热对于土壤温度的变化具有重要意义，一旦系统运行初期土壤被过度吸热而又得不到休息的话，将会导致土壤温度下降到一个很低的水平，这对地源热泵系统的运行非常不利．3.3 释吸热量对土壤温度的影响表3给出了运行期间释吸热量和土壤温度变化数据．2012年供热季（2012-11-05～2013-03-23），在系统运行前期（2012-11-05～2013-01-04），平均每天吸热量为1 442 kW h，温度下降很快，达到平均每天0.06℃．到系统运行中期（2013-01-05～2013-02-24），平均每天吸热量为1 483 kW h，土壤温度约为9.56℃，已处于一个较低的水平（图3），与周围土壤温差变大，下降趋势变小，平均每天下降幅度为0.007℃．到供热系统运行后期（2013-02-25～2013-03-23），日平均负荷为1 106 kW h，比前期、中期略低，但土壤温度不降反升，幅度为0.06℃/d．2013年供冷季（2013-05-31～2013-09-20）土壤温度变化可分为2个阶段，第1阶段为运行前期（2013-05-31～2013-08-15），平均每天释热量1 645 kW h，地温平均每天升高0.065℃，第2阶段为运行后期（2013-08-16～2013-09-20），平均每天释热量1350kW h，土壤温度却以平均每天0.084℃迅速降低．2012年供冷季则较为特殊，前文提到2012年供冷季由于控制故障，系统运行改为手动，以及天气的原因，有32 d没有供冷负荷的产生．事实上2012年供冷季处于间歇运行状态，土壤温度没有持续上升或者下降的规律而是类似于急剧变化的脉冲信号，这也说明了系统的运行方式对土壤温度的变化具有重要影响．从上文分析可知，从地下吸热并不一定会导致地温的降低，这与埋管周围土壤温度和热影响区域内其它土壤温度之间的温差以及吸热量相关，在吸热量较小时，即使吸热地温也会向初始温度回升，释热亦存在类似变化规律．针对文中系统，供热季末期吸热量在1 106 kW h以下时，土壤温度会自动回升．而对于供冷季，末期释热量在1 350 kW h以下时，土壤温度能够自动下降．3.4 过渡季对土壤温度变化的影响图5a）和图5b）分别给出了夏-冬和冬-夏两个过渡季的土壤温度变化．从图5a）可以看出，2012年9月20日供冷结束，土壤温度为14.35℃，与远端未扰动土壤温度非常接近．整个夏季的释热使其相对初始温度上升1.35℃．在夏-冬过渡季（2012-09-21～2012-11-04），土壤温度在46 d期间仅降低到13.87℃，变化幅度仅为0.48℃，幅度非常小．到2012年11月5日，系统供热开始，土壤温度才迅速降低，直到3月23日供热结束时（图5b），换热孔土壤温度为11.11℃．此后，在冬-夏过渡季期间（2013-03-24～2013-05-30），换热孔土壤温度迅速升高后缓慢变化．到4月7日时，仅14 d土壤温度已上升至12.0℃，但直到过渡季结束时（2013-05-30），换热孔土壤温度仅为12.14℃．在过渡季后期，53 d时间内土壤温度仅升高0.14℃．而在冬-夏过渡季期间（2013-03-24～2013-05-30）测温孔由11.97℃降低至11.85℃，降幅为0.12℃．过渡季后换热孔土壤温度离土壤初始温度（14.1℃）仍有约2℃的差距．可以推测即使经过更长的时间，对于文中系统的土壤条件，恢复也是非常有限的．这说明过渡季对土壤温度的恢复作用不大，热泵系统的可靠运行更主要是依赖冬季和夏季的负荷平衡，这与文献7的结论相一致．土壤温度在整个过渡季期间变化非常小，说明热量传递过程相当缓慢，土壤热扩散的能力非常弱，热影响区域内的土壤已趋于稳定状态，而热影响区域外的土壤所蓄存热量在过渡季内几乎不能够被传至换热区域内，此时土壤换热与其自身的热扩散、导热等参数的关系不大，主要影响在于地下换热系统的释/吸热．过渡季地温的变化特点，也说明在该系统中，地温的恢复能力是较弱的，不能依靠地温的自动恢复能力来维持地温的平衡．通过对实际运行的地源热泵系统释热量和吸热量的分析，以及地温的变化分析，可以得出以下结论．1）地源热泵释吸热量对土壤温度有着至关重要的作用．在系统运行初期，过度吸热会导致土壤温度短时间下降到一个很低的水平．在系统正常运行后，换热区土壤温度将长期偏低．2）吸热与地温的降低并不呈正相关性，从地下吸热并不一定导致地温的降低，这与埋管周围土壤温度和热影响区域内其它土壤温度之间的温差以及吸热量相关，在吸热量较小时，即使吸热地温也会向初始温度回升，释热反之亦然．针对文中土壤条件，在供热末期吸热量在1 106 kW h以下时，土壤温度可以自动回升，在供冷季末期释热量在1 350 kW h以下时，土壤温度也可以自动下降．3）土壤温度在整个过渡季期间变化非常小，说明热量传递过程相当的缓慢，土壤热扩散的能力非常弱，热影响区域内的土壤已趋于稳定状态，而热影响区域外的土壤所蓄存热量在过渡季内几乎不能够被传至换热区域内．4）大型的地下换热系统不能依靠地温的恢复能力实现地温的平衡，而主要决定于地下释热量和吸热量的相对平衡．【相关文献】[1]LiShuhong，YangWeihua，Zhang Xiaosong．Soil tem peraturedistribution around a U-tubeheatexchanger in amulti-function ground source heat pump 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