負(fù)荷側(cè)回水溫度控制在地源熱泵供熱中的應(yīng)用研究

張長(zhǎng)興胡松濤宋偉彭冬根

(1山東科技大學(xué)山東省土木工程防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 青島 266590；2青島理工大學(xué)環(huán)境與市政工程學(xué)院青島 266033；3哈爾濱工業(yè)大學(xué)市政環(huán)境工程學(xué)院 哈爾濱 150001；4南昌大學(xué)建筑工程學(xué)院 南昌 330031)

負(fù)荷側(cè)回水溫度控制在地源熱泵供熱中的應(yīng)用研究

張長(zhǎng)興1胡松濤2宋偉3彭冬根4

(1山東科技大學(xué)山東省土木工程防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 青島 266590；2青島理工大學(xué)環(huán)境與市政工程學(xué)院青島 266033；3哈爾濱工業(yè)大學(xué)市政環(huán)境工程學(xué)院 哈爾濱 150001；4南昌大學(xué)建筑工程學(xué)院 南昌 330031)

為研究運(yùn)行控制策略對(duì)地源熱泵系統(tǒng)應(yīng)用節(jié)能性的影響，以青島地區(qū)某住宅地源熱泵系統(tǒng)為研究對(duì)象，將負(fù)荷側(cè)回水溫度作為熱泵機(jī)組群控策略的控制指標(biāo)，對(duì)2008～2009年冬季(142天)運(yùn)行狀況進(jìn)行了動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，分析了地源側(cè)和負(fù)荷側(cè)在控制策略下的溫度響應(yīng)，對(duì)比了典型工作日熱泵機(jī)組運(yùn)行臺(tái)數(shù)、系統(tǒng)COP與熱負(fù)荷的關(guān)系。實(shí)測(cè)結(jié)果表明，熱泵系統(tǒng)能夠根據(jù)控制策略的要求，實(shí)現(xiàn)熱泵機(jī)組的自動(dòng)啟停，保證了負(fù)荷側(cè)供水溫度的穩(wěn)定性，達(dá)到了預(yù)期的控制目標(biāo)，系統(tǒng)的群控策略體現(xiàn)了較強(qiáng)的適應(yīng)性。熱泵系統(tǒng)負(fù)荷率在15.6%～32.2%的實(shí)際運(yùn)行工況下，日運(yùn)行COP值高于2.8，顯示了較好的節(jié)能效果，為地源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行控制策略的制定和機(jī)組群控的實(shí)現(xiàn)提供了重要的參考。

地源熱泵系統(tǒng)；群控策略；熱負(fù)荷率；負(fù)荷側(cè)回水溫度；COP

地源熱泵系統(tǒng)是可再生源利用的重要形式之一，在我國(guó)建筑能源和農(nóng)業(yè)領(lǐng)域得到了較為廣泛的應(yīng)用[1－2]。地源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行節(jié)能與否，除了與系統(tǒng)設(shè)計(jì)[3]和施工質(zhì)量等因素有關(guān)外，還與系統(tǒng)的運(yùn)行控制策略息息相關(guān)[4－5]。對(duì)于大型的地源熱泵系統(tǒng)而言，熱泵機(jī)組大多數(shù)時(shí)間處于部分負(fù)荷運(yùn)行且負(fù)荷特性復(fù)雜[6]，在選用機(jī)組設(shè)備時(shí)，考慮到調(diào)節(jié)的靈活性和機(jī)組的運(yùn)行效率，設(shè)計(jì)中多采用小型水—水熱泵機(jī)組，這對(duì)熱泵機(jī)組的群控策略提出了更高的要求[7－8]。同時(shí)，由于熱泵系統(tǒng)地埋管換熱器換熱的特殊性[9]，源側(cè)的水溫能否對(duì)相應(yīng)的控制策略有良好的響應(yīng)，對(duì)于地源熱泵系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性和節(jié)能性具有重要的意義。本文結(jié)合住宅地源熱泵系統(tǒng)工程，通過實(shí)施以回水溫度為控制指標(biāo)的熱泵機(jī)組群控策略，對(duì)系統(tǒng)冬季供熱的運(yùn)行特性和節(jié)能性進(jìn)行實(shí)測(cè)分析。

1 地源熱泵系統(tǒng)概況

本工程為住宅用地源熱泵工程，位于青島市郊。熱泵系統(tǒng)為三棟住宅樓提供冷熱源，兩棟為7層，一棟為6層，建筑面積共計(jì)10040 m2，設(shè)計(jì)空調(diào)冷負(fù)荷663 kW，空調(diào)熱負(fù)荷402 kW。熱泵機(jī)組為水-水機(jī)組，負(fù)荷側(cè)末端采用風(fēng)機(jī)盤管。

1.1 機(jī)房設(shè)備與地埋管換熱器參數(shù)

地源熱泵系統(tǒng)選用VKC080WR7熱泵機(jī)組10臺(tái)，其單臺(tái)制冷量72 kW，制冷功率15.6 kW；制熱量110 kW，制熱功率20.5 kW；負(fù)荷側(cè)額定流量:12.4 m3/h；源側(cè)額定流量:15.1 m3/h。循環(huán)水泵為變頻泵、補(bǔ)水泵為定頻泵，具體的參數(shù)見表1，各類水泵均為一用一備。

表1 水泵參數(shù)Tab.1 Water pump parameters

地埋管換熱器的數(shù)量69個(gè)，鉆孔深度80 m，直徑0.15 m，孔間距5 m。地埋管換熱器共分為3組，1＃換熱器組鉆孔換熱器數(shù)量為23個(gè)，2＃換熱器組鉆孔換熱器數(shù)量為24個(gè)，3＃換熱器組鉆孔換熱器數(shù)量為22個(gè)。地埋管換熱器采用雙U型PE管并聯(lián)的形式，鉆孔內(nèi)回填材料為含有10%膨潤(rùn)土、90%SiO2砂子的混合物。

1.2 測(cè)控系統(tǒng)

地源熱泵系統(tǒng)的測(cè)控系統(tǒng)采用監(jiān)控組態(tài)軟件對(duì)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與過程控制，遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)室外氣溫、循環(huán)水溫度、流量、壓力和熱泵、水泵運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控與儲(chǔ)存，并根據(jù)控制策略實(shí)施系統(tǒng)的運(yùn)行控制。地源熱泵系統(tǒng)的日耗電量采用電度表測(cè)得。為了詳盡記錄變負(fù)荷工況條件下熱泵系統(tǒng)的溫度熱響應(yīng)，外接數(shù)據(jù)采集器Aglient 34970A實(shí)時(shí)記錄水溫的變化，能夠直觀得觀察其實(shí)變規(guī)律。熱泵系統(tǒng)的測(cè)控系統(tǒng)示意圖見圖1。測(cè)試系統(tǒng)中相關(guān)傳感器、測(cè)試儀表的型號(hào)參數(shù)見表2。

圖1 地源熱泵的測(cè)控系統(tǒng)和溫度監(jiān)測(cè)示意圖Fig.1 Schematic of test and control system and temperature acquisition of GSHPs

表2 測(cè)試儀和相關(guān)傳感器參數(shù)Tab.2 Test meter and relative sensor parameters

2 熱泵系統(tǒng)的控制策略

由于住宅樓地處市郊，其空調(diào)負(fù)荷率平時(shí)較低，節(jié)假日較高，這就要求熱泵系統(tǒng)可調(diào)節(jié)的范圍較大，因此，在設(shè)計(jì)中采用了較多的機(jī)組數(shù)量，以保證調(diào)節(jié)的靈活性。由于住宅入住率、業(yè)戶人員年齡、生活習(xí)慣等因素的差異，使空調(diào)負(fù)荷呈現(xiàn)較大的隨機(jī)性，負(fù)荷側(cè)水壓的變化隨機(jī)性亦較大，這對(duì)熱泵系統(tǒng)的運(yùn)行控制提出了更高的要求[10－12]。積極、合理地控制策略，可以通過機(jī)組輪換、故障保護(hù)、負(fù)荷調(diào)節(jié)等控制程序，避免系統(tǒng)過冷、過熱現(xiàn)象的發(fā)生，確保機(jī)組的安全，延長(zhǎng)機(jī)組的使用壽命。

2.1 熱泵機(jī)組的運(yùn)行控制

熱泵機(jī)組的控制策略有很多種[12－13]，在實(shí)際工程中也暴露了一定的問題[14]。對(duì)于住宅地源熱泵工程，考慮到熱泵機(jī)組數(shù)量較多，本工程冬季供熱時(shí)，采用負(fù)荷側(cè)回水溫度作為熱泵機(jī)組群控策略的控制參數(shù)。在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，為了避免出現(xiàn)過熱，控制系統(tǒng)采用“軟啟動(dòng)”的方式，通過限定機(jī)組運(yùn)行數(shù)量來減緩機(jī)組的啟閉速度；在系統(tǒng)運(yùn)行中，為了平衡各臺(tái)熱泵機(jī)組的運(yùn)行時(shí)間，通過比較各熱泵機(jī)組累計(jì)運(yùn)行時(shí)間，控制系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整熱泵機(jī)組的運(yùn)行序列。采用以上兩種方式，控制系統(tǒng)保障了熱泵機(jī)組的使用壽命。

在冬季供熱模式時(shí)，若負(fù)荷側(cè)回水溫度低于設(shè)定溫度的波動(dòng)下限，且正在運(yùn)行的機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行，控制系統(tǒng)從未運(yùn)行且無故障的機(jī)組中延時(shí)加載一臺(tái)累計(jì)運(yùn)行時(shí)間最短的熱泵機(jī)組；如果負(fù)荷側(cè)回水溫度高于設(shè)定溫度的波動(dòng)上限，控制系統(tǒng)從已運(yùn)行的主機(jī)中選擇一臺(tái)累計(jì)運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)的機(jī)組延時(shí)減載。熱泵系統(tǒng)供熱時(shí)的機(jī)組控制策略實(shí)施過程見圖2。

圖2 熱泵系統(tǒng)供熱控制策略實(shí)施過程Fig.2 Flow chart of heating control strategy of GCHPs

2.2 循環(huán)水泵的控制

循環(huán)水泵的控制要與熱泵機(jī)組的流量要求相一致，考慮到實(shí)際工作中熱泵機(jī)組的啟用數(shù)量的變化，源側(cè)、負(fù)荷側(cè)循環(huán)水泵的流量通過變頻調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)大范圍的調(diào)節(jié)，以免造成機(jī)組因缺水或流量過大造成壓力開關(guān)的保護(hù)性停機(jī)。負(fù)荷側(cè)循環(huán)水泵的流量變化隨熱泵機(jī)組開啟的數(shù)量調(diào)整，通過PID調(diào)節(jié)負(fù)荷側(cè)集、分水器間的壓差控制電動(dòng)閥適應(yīng)水泵流量調(diào)整引起的揚(yáng)程變化，保證熱泵負(fù)荷側(cè)水力工況的穩(wěn)定。

3 熱泵機(jī)組群控策略的應(yīng)用分析

為了檢驗(yàn)負(fù)荷側(cè)回水溫度實(shí)施熱泵機(jī)組群控策略的實(shí)用效果，本文測(cè)試了地源熱泵系統(tǒng)的冬季運(yùn)行特性。住宅工程為新建建筑，入住率約40%左右，住戶以中、老年人為主，考慮到系統(tǒng)的運(yùn)行節(jié)能性，且地源熱泵系統(tǒng)為首次供暖運(yùn)行，開啟了全部地埋管換熱器群組。冬季供暖時(shí)間為2008年11月15日至2009 年4月5日，共計(jì)142天。熱泵系統(tǒng)的控制策略設(shè)定為:冬季負(fù)荷側(cè)回水溫度設(shè)定參數(shù)為40±1℃，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置參數(shù)采集時(shí)間間隔和Aglient 34970A的溫度采集時(shí)間間隔均為15 min。

3.1 日運(yùn)行工況熱泵機(jī)組的臺(tái)數(shù)控制

在冬季采用風(fēng)機(jī)盤管采暖時(shí)，人們往往傾向于設(shè)定室內(nèi)溫度后24 h開啟，這與系統(tǒng)供冷時(shí)有較大的差異，因此，冬季的供暖熱負(fù)荷與室外氣象參數(shù)的動(dòng)態(tài)變化具有較強(qiáng)的一致性，人的行為管理方式對(duì)建筑熱負(fù)荷影響較小。

為了分析地源熱泵系統(tǒng)控制策略的實(shí)施過程，取2009年1月27日的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，當(dāng)日為農(nóng)歷年初二，供暖熱負(fù)荷較高，實(shí)測(cè)供熱負(fù)荷為129.4 kW，負(fù)荷率為32.2%。最高室外溫度為9.24℃，出現(xiàn)在15:30，最低為5.16℃，出現(xiàn)在凌晨6:00，日溫差為4.08℃。圖3為2009年1月27日實(shí)測(cè)的負(fù)荷側(cè)、源側(cè)的24 h供、回水溫度變化和對(duì)應(yīng)的熱泵機(jī)組運(yùn)行臺(tái)數(shù)。由圖中可以看出，通過系統(tǒng)群控策略的實(shí)施，熱泵機(jī)組的負(fù)荷側(cè)供水溫度持續(xù)保持在45℃左右，回水溫度控制在40℃左右，盡管室外溫度有較大變化，系統(tǒng)的負(fù)荷側(cè)供水溫度通過熱泵機(jī)組的增減能夠保持在穩(wěn)定的水平。當(dāng)熱泵機(jī)組增減時(shí)，源側(cè)回水溫度有良好的響應(yīng)，隨負(fù)荷側(cè)供水溫度的增加而相應(yīng)降低，隨負(fù)荷側(cè)回水溫度的降低而升高；只是由于地埋管換熱器的緩沖作用，波峰波谷均有所減小。隨著氣溫的升高，熱泵機(jī)組的增減頻率明顯降低，氣溫越低，機(jī)組的增減頻率越高。從0:00至上午13:00，氣溫相對(duì)較低，熱負(fù)荷相對(duì)較高，出現(xiàn)了熱泵機(jī)組多次增減的情況。系統(tǒng)最多時(shí)啟動(dòng)3臺(tái)機(jī)組，同時(shí)運(yùn)行的總時(shí)間為1 h；2臺(tái)機(jī)組同時(shí)運(yùn)行的總時(shí)間為5 h；單臺(tái)機(jī)組運(yùn)行總時(shí)間為7 h，約占總運(yùn)行時(shí)間的54%。當(dāng)增開或停運(yùn)一臺(tái)機(jī)組時(shí)，負(fù)荷側(cè)供水溫度變化的響應(yīng)時(shí)間滯后約15 min左右。在氣溫相對(duì)較高的12: 30至16:15，系統(tǒng)保持單臺(tái)機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)，負(fù)荷側(cè)供、回水溫度持續(xù)降低，直至16:00的負(fù)荷側(cè)回水溫度為38.9℃，系統(tǒng)16:15增加1臺(tái)機(jī)組。從16:15至24: 00，隨著氣溫的降低，又出現(xiàn)了機(jī)組增減的情況，只是相對(duì)于0:00至上午13:00時(shí)段，增減的頻率明顯降低。晚上18:00以后，機(jī)組的臺(tái)數(shù)開始轉(zhuǎn)變?yōu)?臺(tái)增減運(yùn)行狀態(tài)，3臺(tái)機(jī)組運(yùn)行時(shí)間共計(jì)1.25 h，較凌晨時(shí)段有所增加。

圖3 機(jī)組運(yùn)行臺(tái)數(shù)與負(fù)荷側(cè)、源側(cè)供回水溫度的變化Fig.3 Number of operating machines and variation of inlet and outlet water temperatures in evaporator and condenser in typical day

3.2 熱泵機(jī)組群控策略的適應(yīng)性

為了研究不同熱負(fù)荷狀況下熱泵機(jī)組群控策略的適應(yīng)性，對(duì)系統(tǒng)在2008年11月27日至2009 年3月27日每間隔一個(gè)月的日運(yùn)行特性與2009年1月27日的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。圖4為5天的熱泵機(jī)組日運(yùn)行時(shí)間對(duì)比圖?？梢钥闯?，建筑的熱負(fù)荷直接決定著熱泵機(jī)組的開啟臺(tái)數(shù)與運(yùn)行時(shí)間，2臺(tái)以上同時(shí)運(yùn)行的總時(shí)間均沒有超過51%；2008 年11月27日最多開啟2臺(tái)熱泵機(jī)組即可滿足供暖的要求，隨著熱負(fù)荷的增加，3臺(tái)機(jī)組同時(shí)運(yùn)行的時(shí)間隨之增加，2009年1月27日以后，隨著天氣轉(zhuǎn)暖，建筑熱負(fù)荷的降低，3臺(tái)機(jī)組同時(shí)運(yùn)行的時(shí)間隨之降低，至3月27日運(yùn)行1臺(tái)熱泵機(jī)組即可滿足供暖的要求。

就當(dāng)天的熱負(fù)荷而言，1月27日對(duì)應(yīng)的熱負(fù)荷最高，3臺(tái)機(jī)組同時(shí)運(yùn)行的時(shí)間最長(zhǎng)。2008年12月27日的熱負(fù)荷較1月27日低，3臺(tái)機(jī)組同時(shí)運(yùn)行的時(shí)間減少，但2臺(tái)以上運(yùn)行的總時(shí)間較1月27日增加22.5%，這與當(dāng)日對(duì)應(yīng)的熱負(fù)荷強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間有關(guān)。而與2009年2月27日相比較，2臺(tái)以上運(yùn)行的總時(shí)間相等，但由于熱負(fù)荷高，3臺(tái)機(jī)組同時(shí)運(yùn)行的時(shí)間增加50%。

根據(jù)以上分析，地源熱泵系統(tǒng)能夠按照控制策略的要求，以負(fù)荷側(cè)回水的設(shè)定溫度為基準(zhǔn)，自動(dòng)實(shí)施熱泵機(jī)組的啟?？刂疲c建筑熱負(fù)荷的變化保持一致，滿足了室內(nèi)溫度的要求，熱泵機(jī)組的群控策略在冬季供暖中顯示了較強(qiáng)的適應(yīng)性。

圖4 熱泵機(jī)組日運(yùn)行時(shí)間對(duì)比圖Fig.4 Contrast of daily operating time of machine

3.3 地源熱泵系統(tǒng)的節(jié)能性

在地源熱泵系統(tǒng)群控策略實(shí)施時(shí)，需要根據(jù)負(fù)荷側(cè)回水溫度的變化頻繁啟停熱泵機(jī)組，客觀上增加了熱泵機(jī)組的電耗，因此，研究系統(tǒng)的節(jié)能性是十分必要的。圖5為地源熱泵系統(tǒng)COP、機(jī)組COP、機(jī)組源側(cè)的日平均進(jìn)水溫度與負(fù)荷率的關(guān)系圖。在熱泵機(jī)組負(fù)荷側(cè)回水溫度相對(duì)穩(wěn)定的情況下，熱泵機(jī)組的能耗對(duì)源側(cè)的進(jìn)水溫度最敏感，圖5中的熱泵機(jī)組COP與源側(cè)熱泵機(jī)組的日平均進(jìn)水溫度變化趨勢(shì)一致，2008年11月27日的日平均進(jìn)水溫度最高，其對(duì)應(yīng)的機(jī)組COP亦相應(yīng)較高，隨著供熱的進(jìn)行，日平均進(jìn)水溫度逐漸降低，至2009年1月27日達(dá)最低值，由于此后建筑熱負(fù)荷強(qiáng)度逐漸降低，地溫度處于動(dòng)態(tài)恢復(fù)過程，日平均進(jìn)水溫度逐漸升高，熱泵機(jī)組COP亦相應(yīng)增加。

圖6為地源熱泵系統(tǒng)各分項(xiàng)能耗的逐日變化圖，可以看出，熱泵機(jī)組的能耗變化與圖4中熱負(fù)荷的逐日變化趨勢(shì)相同；就分項(xiàng)能耗而言，熱泵機(jī)組的能耗在系統(tǒng)總能耗中所占比例較高，水泵能耗所占比例均低于25%，圖5中2009年3月27日最低負(fù)荷率時(shí)，其對(duì)應(yīng)的水泵能耗比例最高，系統(tǒng)COP值最低。在2009年1月27日熱負(fù)荷率最高時(shí)，水泵能耗所占比例最低，即使熱泵機(jī)組能耗值最高，系統(tǒng)仍能保持較高的COP值。

圖5 地源熱泵系統(tǒng)COP、機(jī)組COP、機(jī)組的日平均進(jìn)水溫度與負(fù)荷率的關(guān)系Fig.5 Relation between load rate and daily average inlet water temperature of machine condenser，COP of machine，COP of GSHPs

圖6 熱泵機(jī)組能耗、水泵能耗與水泵能耗占總能耗比例的逐日變化Fig.6 Daily variation of heat pump energy consumption，circulating water pump energy consumption and its ratio

熱泵系統(tǒng)的COP確定需要計(jì)算源側(cè)和負(fù)荷側(cè)的水泵耗電量，因此熱泵系統(tǒng)的COP低于機(jī)組的COP值。根據(jù)系統(tǒng)群控策略，系統(tǒng)隨熱泵機(jī)組的啟停自動(dòng)調(diào)整源側(cè)和負(fù)荷側(cè)的水泵運(yùn)行狀態(tài)，以防止熱泵機(jī)組因缺水而造成停機(jī)。由于水泵能耗不同(如圖6)，系統(tǒng)COP與機(jī)組COP的變化趨勢(shì)并不一致，雖然2009 年1月27日對(duì)應(yīng)的機(jī)組COP最低，但系統(tǒng)COP最高，此時(shí)，熱泵系統(tǒng)的熱負(fù)荷率對(duì)系統(tǒng)COP起到了主導(dǎo)作用，熱負(fù)荷率越高，系統(tǒng)COP就越高。在本例中，地源熱泵系統(tǒng)處于低負(fù)荷率運(yùn)行狀態(tài)，最高為32.2%，系統(tǒng)COP為3.3；而2009年3月27日對(duì)應(yīng)的最低負(fù)荷率為15.6%，系統(tǒng)COP僅為2.8?？梢?，由于住宅建筑負(fù)荷的特殊性，熱泵系統(tǒng)的負(fù)荷率對(duì)于系統(tǒng)是否能夠節(jié)能運(yùn)行有重要影響。在這種控制策略的實(shí)際應(yīng)用中，負(fù)荷率越高，系統(tǒng)的節(jié)能效果越明顯。在本例中，通過設(shè)置多臺(tái)熱泵機(jī)組的設(shè)計(jì)措施和采取有效的機(jī)組群控策略，熱泵系統(tǒng)顯示了較好的節(jié)能效果。

4 結(jié)論

為了檢驗(yàn)以負(fù)荷側(cè)回水溫度為基準(zhǔn)實(shí)施熱泵機(jī)組群控策略的應(yīng)用效果，本文對(duì)某住宅地源熱泵系統(tǒng)的冬季供熱的運(yùn)行特性進(jìn)行了實(shí)測(cè)分析，結(jié)果表明，熱泵機(jī)組的群控策略顯示了較強(qiáng)的適應(yīng)性。得到以下結(jié)論:

1)建筑熱負(fù)荷是隨室外氣象條件而變化的，而熱泵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及設(shè)備選型是按最不利工況進(jìn)行的，通過實(shí)施以負(fù)荷側(cè)回水溫度為基準(zhǔn)實(shí)施熱泵機(jī)組群控策略，熱泵系統(tǒng)能夠根據(jù)熱負(fù)荷的實(shí)時(shí)變化，自動(dòng)調(diào)整熱泵機(jī)組的啟停，實(shí)現(xiàn)了機(jī)組的“分級(jí)”運(yùn)行，保證了系統(tǒng)供熱的穩(wěn)定性。

2)當(dāng)實(shí)測(cè)負(fù)荷率在15.6%～32.2%范圍內(nèi)，熱泵機(jī)組群控策略的實(shí)施有效確保了系統(tǒng)的日平均COP高于2.8，高點(diǎn)負(fù)荷率較低點(diǎn)負(fù)荷率對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)COP提高了17.9%，在住宅建筑熱負(fù)荷率較低的情況下，地源熱泵系統(tǒng)顯示了較好的節(jié)能效果。

3)住宅建筑熱負(fù)荷率較低時(shí)，在供熱季內(nèi)由于控制措施得當(dāng)，土壤溫度可部分動(dòng)態(tài)自恢復(fù)，這對(duì)于提高熱泵機(jī)組的COP，降低地源熱泵系統(tǒng)的能耗具有一定的積極作用，該問題的定量研究有待于通過實(shí)測(cè)土壤溫度的變化進(jìn)行分析。

本文受江西省科技支撐計(jì)劃(20123BBG70195)資助。(The project was supported by Jiangxi Province Key Technologies R＆D Program(No.20123BBG70195).)

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Application of Load-side Return Water Temperature Control Strategy in Heating Operation of Ground-coupled Heat Pump System

Zhang Changxing1Hu Songtao2Song Wei3Peng Donggen4

(1.Shandong Provincial Key Laboratory for Disaster Prevention and Mitigation in Civil Engineering，Shandong University of Science and Technology，Qingdao，266590，China；2.School of Environmental and Municipal Engineering，Qingdao Technological University，Qingdao，266033，China；3.School of Municipal and Environmental Engineering，Harbin Institute of Technology，Harbin，150001，China；4.School of Civil Engineering and Architecture，Nanchang University，Nanchang，330031，China)

In order to realize the energy-saving potential of GCHPs，an appropriate control strategy must be developed and adjusted for each unique installation.This paper presents a control strategy for heating operation of GCHPs for a residential building in Qingdao，in which load-side return water temperature is applied as parameter in controlling the numbers of operating heat pump units.The heating performance of GCHPs is investigated throughout the whole heating period in winter(142 days).The water temperature response in groundsource side and load-side under the control strategy is analyzed，and the relation between heating load and coefficient of performance (COP)of GCHPs is compared when the number of operating heat pump units is different in typical day.The GCHPs performs space heating with high energy efficiency(COP＞2.8)under lower building heating load rate range(15.6%～32.2%)，which proves the adaptability of the control strategy of GCHPs.The study conclusion provides the references for the design and application of control strategies in GCHPs.

GCHPs；control strategy；heating load ratio；load-side return water temperature；COP

TU111；TK52；TQ<051.5 class="emphasis_bold">051.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A051.5

A

0253－4339(2014)05－0019－07

10.3969/j.issn.0253－4339.2014.05.019

張長(zhǎng)興，男(1977－)，博士，講師，山東科技大學(xué)土建學(xué)院，(0532)86057593，E-mail:zcx952＠163.com。研究方向:建筑節(jié)能及可再生能源利用。現(xiàn)在進(jìn)行的研究項(xiàng)目有:國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目——太陽能溶液分級(jí)集熱再生與空氣預(yù)除濕耦合作用機(jī)理等。

國(guó)家自然科學(xué)基金(51266010)資助項(xiàng)目。(The project was supported by the National Natural Science Foundation of China(No. 51266010).)

2013年10月23日

About the corresponding author

Zhang Changxing(1977－)，male，Ph.D./lecturer，College of Civil Engineering and Architecture，Shandong University of Science and Technology，(0532)86057593，E-mail:zcx952＠163. com.Research fields:building energy conservation and renewable energy utilization.The author takes on project supported by National Natural Science Foundation of China:solar energy solution fractionation collector regeneration and air pre-dehumidification coupling mechanism.