新型高效地源热泵换热系统研究

　　地源热泵是以地源能(土壤、地下水、地表水、低温地热水和尾水)作为热泵夏季制冷的冷却源、冬季采暖供热的低温热源的系统，热泵通过消耗少量高品位能源，把热量由低温级上升到高温级，从而达到采暖、制冷或供应生活用水等目的。

　　目前国内建筑业主要采用地下耦合热泵系统、水源热泵系统或空气源热泵系统等，他们分别利用地下岩土、地下水、地表水或空气中的热量进行交换，达到使用目的。

　　在研究换热器形式方面主要有套管式，盘管折流板式，片式，内外流套管式，其中，盘管折流板换热器，纵流壳程换热器，紧凑式顺排管束满液型蒸发换热器等多种形式的换热器其动态流程均有一定的研究。有在理论上进行低压条件下的强化换热特性研究，在换热管振动特性研究等方面也有一定的进展。本文旨在通过对水源热泵机理的分析，提出一种新的换热系统方案，并对换热器进行有限元热分析和结构等方面的研究，设计出一套换热性能好方便拆卸和清洁的换热系统。

　　一、新型高效地源热泵换热系统的硬件设计

　　(一)系统分析

　　地源热泵系统中的关键技术主要有热泵机组集成、热泵控制系统、热泵换热系统、回灌技术(水源热泵)以及空调技术等。在水源热泵换热系统中，一种从地下抽水，送入换热器与循环介质换热，经过换热的水重新排放到地下水体中;另一种是在地表水体中设置换热盘管，用管道与热泵的蒸发器或冷凝器连接成回路，充以媒介水，在水泵的驱动下循环。它通过循环液在封闭管道中的流动，实现系统与地表水及大地之间的传热。

　　热泵控制系统是整个热泵的核心，它在控制热泵机组运行的同时，还要采集与之相关联的设备运行信息，以便进行实时控制，合理调配用户端的能量供应。合理的控制方案能更好提升产品的性能。因此，研究高效换热系统、换热器及控制方案，使其在夏天冷、热同供或冬天同时供热等多种工况下都能合理进行能量调配与控制是提高设备整体性能的关键。

　　(二)系统的一种解决方案(地源热泵能量交换与空调系统管路研究)

　　图1设计了一种基于双储能缓冲装置的热泵换热系统，在此系统中，可将系统分为能量提取与能量使用两大部分，能量使用又分为直接使用(如提供热水等不需要再行换热的使用)和能量交换分系统(如地源热泵空调系统等)。能量提取的核心部分是双储能缓冲装置，即：它也是一种制热和制热或制冷同供的系统。通过双储能缓冲装置实现对地下水源供给系统的有效利用，夏季尽可能在储能装置中进行能量交换，从而能有效提高能源的利用率和热泵机组的利用率，并尽可能减少对地下水源的利用，减缓回灌井的老化。由图1可知，两个水箱(储能装置)分别用来在夏天储存冷、热源，而在冬天储存热、热源，根据用户的使用需要通过智能化控制使装置有效工作，加大能源利用率，提高热泵机组的利用率，同时节约能源。应用变频调速技术实现对水温空调系统的恒压供水，通过控制系统的设计与运行，使空调系统与热水供应系统均依赖双储能系统所提供的换热介质工作，可实现对各系统的稳定运行。