[发明专利]一种多功能地源热泵系统试验台

说明书

本发明属于暖通空调技术领域，具体涉及一种多功能地源热泵系统试验台，包括室外换热区、机组区、负荷区和检测控制装置；室外换热区包括地埋管换热器和电加热水箱，机组区包括多功能热泵机组，负荷区包括热舒适试验房间和配套换热送风装置；地埋管换热器、电加热水箱通过循环水管路串联连接；多功能热泵机组并联入地埋管换热器与电加热水箱之间的循环水管路中；配套换热送风装置安装在热舒适试验房间内，并与多功能热泵机组相连；检测控制装置分别与地埋管换热器、电加热水箱、多功能热泵机组、热舒适试验房间、配套换热送风装置相连。本发明可为研究不同形式地埋管的换热特性以及地源热泵系统地温全年热平衡等问题提供试验条件。

技术领域

本发明属于暖通空调技术领域，具体而言，本发明涉及一种多功能地源热泵系统试验台。

背景技术

与传统供暖空调相比，地源热泵具有节能、高效等优点，在商业、住宅建筑中应用广泛。地源热泵系统运行效率较高的原因是将地下土壤作为冷热源，与空气相比，地下土壤温度夏季相对较低、冬季相对较高，并且波动较小。通常，地源热泵系统由热泵和地埋管换热器两大部分组成，按照埋管形式划分，地埋管换热器可分为水平埋管和竖直埋管两种。与水平埋管相比，竖直埋管应用更为广泛，这是由于竖直埋管效率更高，且占地较少。然而，制约竖直埋管广泛应用的一个重要因素是初始投资费用较高，其中，竖直埋管的钻井成本约占整个地源热泵系统初投资费用的一半以上。因而，当地表有足够空间时，水平埋管具有一定的优势。将水平埋管与竖直埋管混合使用可在系统效率与工程初投资之间找到一个平衡点，从而在保证系统运行效率的前提下降低工程初投资。此外，当建筑冷热负荷不平衡时，还可将水平埋管当作辅助散热设备，从而减少所需竖直埋管的长度、降低工程初投资。

由于地域、建筑功能等不同，地源热泵系统的冷热负荷通常不平衡。长时间连续运行会造成地下土壤温度的累积，进而导致地埋管换热效率以及整个地源热泵系统性能的降低。对于地埋管换热器，其长期高效运行的关键是保持岩土体取排热量的动态平衡。目前，工程上解决这一问题主要有以下几种方法：当冷热负荷不平衡现象较弱时，可采用间歇运行、管群结构调整、增加埋管间距、增加埋管长度等方法；当冷热负荷不平衡较为严重时，可采用增加辅助散热设备、利用冷却塔等装置进行跨季节蓄能、采用多功能地源热泵等方法。

目前，国内外研究学者针对解决地源热泵系统冷热负荷不平衡的问题提出了较多解决方法，但缺乏相关研究试验平台进行验证。在我国，国内研究院校、相关企业大都建设有多种地源热泵实验台，但是普遍存在埋管形式单一、结构形式简单、可试验工况少等不足，难以在同一物理工况下测试不同形式地埋管的换热特性、耦合传热规律，以及地埋管换热器与冷却塔、热泵机组、热舒适房间等终端联合运行性能等工况。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种多功能地源热泵系统试验台，其技术方案如下：

一种多功能地源热泵系统试验台，包括室外换热区、机组区、负荷区和检测控制装置；所述室外换热区包括地埋管换热器和电加热水箱，所述机组区包括多功能热泵机组，所述负荷区包括热舒适试验房间和配套换热送风装置；所述地埋管换热器、所述电加热水箱通过循环水管路串联连接，所述地埋管换热器用于为测试不同形式的地埋管换热特性和不同形式地埋管耦合换热规律提供条件；所述多功能热泵机组并联入所述地埋管换热器与所述电加热水箱之间的所述循环水管路中；所述配套换热送风装置安装在所述热舒适试验房间内，并与所述多功能热泵机组相连，用于多种气流送风，所述热舒适试验房间用于研究全年多种气流送风方式对人体热舒适的影响；所述检测控制装置分别与所述地埋管换热器、所述电加热水箱、所述多功能热泵机组、所述热舒适试验房间、所述配套换热送风装置相连，用于控制检测各设备的运行状态及参数。

如上所述的多功能地源热泵系统试验台，进一步优选为：所述室外换热区还包括辅助散热热交换器和冷却塔；所述辅助散热热交换器包括用于进行彼此热交换的第一换热端和第二换热端；所述辅助散热热交换器的第一换热端并联在所述电加热水箱上，与所述地埋管换热器串联连接；所述辅助散热热交换器的第二换热端通过冷却管路与所述冷却塔串联连接。