基于工业余热—地源热泵复合系统的地下蓄热研究

摘要

在严寒地区，地源热泵的使用受到全年累计冷热负荷不平衡问题的限制。尤其对于大面积埋管的地源热泵系统，由于冬季热负荷大并且时间集中，短时间内很容易造成冷量的堆积，导致系统瘫痪。另一方面，工业企业生产过程中的大量余热在非采暖季的通过冷却塔方式排放到大气中，造成能源浪费。本文提出了工业余热-地源热泵复合系统形式，不仅可以解决非采暖季工业余热的蓄存问题，也使得地源热泵系统在严寒地区的使用得到推广。
　　 本文主要对工业余热-地源热泵系统的地下蓄热部分进行了研究，通过工程实例给出了复合系统的设计计算方法。首先，针对工业余热这样的大温差蓄热问题，对地源热泵系统的地埋管换热器进行了改进，将传统的并联运行模式改为多级串联的模式，建立了串联形式的地下传热模型及数学描述。
　　 其次，通过对目标函数的编程求解及迭代处理，对现有的“地热之星”软件进行改进。利用改进后的软件，模拟了不同因素对地下温度场的影响，通过分析得到对应的最优系统形式。
　　 最后，通过内蒙赤峰的工业余热-地源热泵复合系统工程实例，给出一套完整的复合系统设计计算方法。并通过与传统的锅炉房供热系统进行经济性比较，验证复合系统的可行性。