0 引 言

土壤源热泵因其清洁、环保、节能的优点，得到建筑领域越来越多的应用.但寒冷地区土壤冷堆积问题，仍然是制约热泵系统得以普遍应用的重要因素.本文基于建筑动态负荷，探讨寒冷地区土壤源热泵在长期运行过程中土壤冷堆积情况及对热泵系统性能的影响.

1 项目概况

本项目是内蒙古呼和浩特市某办公大楼的土壤源热泵系统.该办公楼总建筑面积为18000 m2，设计冷负荷为1034 KW，热负荷为1597 KW.当地土质为黏土，夏季延米换热量为60 w/m，共设计打孔数203个，孔深100 m.

2 热泵系统模型的建立

为研究该热泵系统长期运行土壤温度场的变化情况，对系统进行模型建立.系统模型共分为建筑动态负荷、地埋管换热器模型、机组模型及水泵模型四部分.

  

图2-1 办公大楼全年动态负荷图

2.1 建筑动态负荷的确定

该办公楼的设计负荷是在恒定的室外设计温度条件下计算的.但实际运行时，外界气温不断变动，造成运行负荷与设计负荷有一定偏差.而运行负荷直接影响土壤储存或释放的热量，因此，为保证热泵系统模型的可靠性，首先需准确计算建筑动态负荷.

用建筑能耗模拟软件TRANSYS建模，模拟该办公楼的全年动态负荷，计算结果如图2-1所示.

2.2 双U型地埋管换热器模型的建立

式中：COPc—机组制冷性能系数；COPh—机组制热性能系数；Tin—机组地源侧进口水温，即埋管出口水温.

 

图2-2地埋管换热器传热模型示意图 图2-3 计算模型网格划分

2.3 机组模型的建立

(1)机组COP的确定

土壤源热泵系统中，热泵机组实现了建筑负荷和地埋管换热量的转移.热泵机组的COP是连接建筑负荷与埋管侧换热量的桥梁，而机组不同地源侧进口水温对应的不同COP值[5]，拟合出埋管出口水温与机组COP的关系曲线，如图2-4和2-5所示.

 

图2-4 制冷工况COP拟合曲线 图2-5 制热工况COP拟合曲线

得到该机组的夏冬季逐时COP计算公式：

COPc=-0.0044Tin2+0.1479Tin+4.5344

(2-1)

COPh=-0.0002Tin2+0.1195Tin+3.0206

(2-2)

地埋管换热器与周围土壤的换热状况，直接影响到热泵系统的运行性能.因此，建立恰当的地埋管换热器模型，能为土壤冷堆积研究提供基本保障.本文以钻孔壁为界，钻孔内建立准三维稳态传热模型[1]，钻孔外建立二维非稳态传热模型[2].利用Ansys有限元法[3]建立其物理模型，如图2-2所示.网格划分采用了自由网格，图2-3为截取的部分网格[4].此模型可计算出埋管出口水温及周围土壤温度分布情况.

(2)埋管侧逐时换热量的确定

关于此画的具体内容，至今说法不一。 大略有三种说法： 第一种是来自王元化先生随笔《青松红杏图》： 画面是一株红杏，一棵青松，松树下坐着一位虬髯和尚，正在参禅； 第二种出自刘叶秋先生《刘叶秋讲北京》记录： 绘有青松一株，红杏一丛，老僧凭松对溪流而冥思； 第三种来自《燕都丛考》记载： 一老僧凭松而立，苍枝蚪亘，红杏夹之，一沙弥手执一芝立其下。 这三种说法，不同之处在于老僧姿态以及是否存在沙弥这样的人物形像。

两组患者术前SAI评分差异无统计学意义（P＞0.05）；镇静组患者术中SAI评分程度低，但差异无统计学意义（P=0.05）；镇静组患者对麻醉的满意度较高，差异有统计学意义（P＜0.05，表2）。

建筑动态负荷结合机组的逐时COP，可以得到埋管侧的逐时换热量[4]，见式(2-3)：

 

(2-3)

式中：Qbc—建筑逐时冷负荷，KW；Qbh—建筑逐时热负荷，KW；

式中：T—土壤平均温度(℃)；x—年数(年).

新时代背景下，传统专业综合改革面临着前所未有的挑战和机遇。在前期学科建设基础之上，传统专业必须迎难而上，敢于硬碰硬、打硬仗，积极提高本科教育教学质量和学生的综合能力，积极践行习近平新时代中国特色社会主义思想，为国家和社会发展添砖加瓦。

(3)机组源测出口水温的确定

区块链技术被认为是一项将重新定义世界的技术，其对传媒行业最重要的两个作用在于保护数据的完整性和安全性［1］。保护数据的完整性表现为，网络中各个节点的数据可以实时追踪信息来源并且记录每一条网络交易行为，从而形成完整而无法篡改的记录；保护数据的安全性表现为，“分布式存储+密码学”形成了数以千计的数据网，因此黑客想要攻破数据网（由于分布存储，黑客要改数据，必须把所有的数据网一一攻破）从而篡改数据是不可能完成的。这两个作用恰好能够有力地解决 AI 所涉及的新闻真实性问题。

水泵模型按定流量计算，保证热泵机组的额定流量[4].

式中：Tout-c—机组夏季出水温度，℃；Tout-h—机组冬季出水温度，℃；

 

(2-4)

由表3可知，产城融合发展水平（ici）、市场化程度（mar）和农业发展水平（agr）存在单位根，科技进步（tec）、金融支持水平（fin）和人力资本（edu）则拒绝了“存在单位根”的原假设，而各个变量的一阶差分都拒绝了“存在单位根”或接受“平稳序列”的原假设，即残差项无单位根。

Tin—机组回水温度，℃；m—流体质量流量，kg/h；cf—流体比热，J/(kg·℃).

2.4 水泵模型的建立

在源侧水流量确定时，可计算得到热泵机组的出水温度[4]，见式(2-4)：

通过APDL语言编程，将上述建筑动态负荷、地埋管换热器模型、机组模型及水泵模型组成一套完善的土壤源热泵系统，进行模拟.

工件表面是否有锈、油污、氧化膜，或是否进行过其它表面处理即工件表面是否洁净和表面活性如何等等，都会影响表面对化学反应的催化或产生机械阻碍作用。因此，渗碳前对刀片除锈、打磨，处理后，铡草机刀片刃面进行局部气体渗碳(渗碳区域如图2所示),对其它部位刷防渗剂。

3 热泵系统连续运行10年土壤冷堆积研究

3.1 孔壁温度分布研究

孔壁温度是联系钻孔内外传热的关键温度，它能够反映埋管与土壤的传热情况[6].图3-1是热泵十年运行过程中，埋孔中截面孔壁温度随时间变化图.

探讨埋管周围土壤平均温度逐年变化情况，见图3-4，表明土壤平均温度逐年近似呈线性递减趋势，得到土壤平均温度与时间的拟合关系式为：

孔壁温度整体呈逐年下降趋势.到第十年，孔壁的最低温度为5.9℃，说明土壤冷堆积程度增大，而较低的孔壁温度，会降低机组的运行性能.

萧飞羽似乎极为看重“一言九鼎”似地向武成龙投去一瞥，武成龙微微点头。萧飞羽略为思索后道：“生死攸关，我不能用本庄安危赌你们过去的言行。”天问大师道：“施主一句赌提醒了贫僧，因为就像刚才为名誉之争贫僧一时乱了方寸。我们赌一把如何？贫僧与你们推选之人相搏，一场定输赢。赢了，走人，我们仍然遵守紫阳道友的承诺；输了，听从差遣。”

Zhang J.等人[23]报道了Nd∶GGAG晶体的生长和激光晶体性能，并获得了最高功率2.44 W、斜效率为28.8%的连续激光输出．Zhi Y.C.等人[24]利用Nd∶GGAG晶体获得了最高功率为5.7 W、斜效率为54.5%的连续激光输出，该晶体被动调Q激光最高功率为1.12 W，单脉冲能量为66.7 μJ，显示了Nd∶GGAG晶体在高效率激光领域的应用前景．Agnesi A.等人[25]研究了Nd∶GGAG晶体的锁模激光，其输出功率为65 mW，脉宽为3.7 ps．Nd∶GGAG 晶体作为一种优异的激光增益介质, 也可以在1.3 μm波段以锁模的方式实现激光输出[26]．

 

图3-1 孔壁温度随时间变化图 图3-2 第一年各运行阶段土壤温度径向变化图

3.2 土壤温度分布研究

(1)第一年各运行阶段土壤温度分布

热泵系统在第一年各运行阶段土壤温度的变化情况如图3-2所示.供暖季中，机组不断从土壤中取热，埋管附近土壤温度持续降低，且距离埋管5 m内土壤均出现温降.说明热泵系统取热量大，热作用半径达到5 m.过渡季，土壤温度自然恢复至12.3 ℃-12.5 ℃，未得到完全恢复.制冷季，机组持续向土壤排热，距埋管1.0 m距离内的土壤温度均上升，说明制冷季的热作用半径为1.0 m.系统全年运行结束时，埋管周围土壤平均温度为12.8 ℃，低于初始温度0.2 ℃.说明系统经过一年的运行，埋管周围土壤出现了冷堆积.

发现缺陷的活动是指在进行什么活动时发现了缺陷。该文主要研究软件产品发布后的缺陷分析，因此，这里发现缺陷活动的取值为系统维护阶段，代表的含义为在用户实际使用过程中，检验软件在复杂环境下运行是否稳定可靠，功能是否满足需求。

(2)10年运行土壤冷堆积规律研究

对比热泵系统在第一、五、十年运行结束时土壤温度径向分布，从图3-3可以看出，不同时刻土壤温度沿径向的分布趋势相同，但土壤平均温度有很大差异.

 

图3-3 不同运行周期结束时土壤温度径向变化 图3-4 地埋管周围土壤平均温度十年变化曲线

孔壁温度以年为周期进行波动.第一年供暖季前期，埋管取热速率大于土壤导热速率，孔壁温度连续降低，最低值为8.4℃；之后孔壁温度与远边界温差增大，土壤导热速率大于埋管取热速率，孔壁温度稍有回升.进入过渡季，土壤自然恢复，孔壁温度上升为12.3℃，说明出现了冷堆积，但较低的孔壁温度有利于制冷季的运行.制冷季中，机组连续向土壤排热，孔壁最高温度升为17.2℃.过渡季，土壤温度自然恢复，第一年运行结束时，孔壁温度为12.9℃.

T=-0.27x+13.0

(3-1)

Qgc—埋管侧逐时排热量，KW；Qgh—埋管侧逐时取热量，KW.

3.3 机组源侧进口水温变化情况

机组的性能对埋管侧回水温度最为敏感[7]，热泵系统运行十年，机组源侧进口水温的变化情况如图3-5所示.

水温以年为周期波动，且整体呈逐年下降趋势.在第一年供暖季运行中，机组源侧进口水温逐渐降低，最低为6.2℃；过渡季停机，土壤与水进行自然换热，水温恢复至12.0℃；进入制冷季，机组排热，水温逐渐上升，最高为27.9℃.全年运行结束，恢复至13.2℃.而到第十年末，水温最低值为4.0℃.而过低或过高的水温，都会影响机组的运行性能.

追肥是核桃栽培过程中的重要过程，可以为核桃树提供充足的肥力。追肥以速效性氮肥为主，一般每年追肥2-3次，在开花前、开花后以及硬核期进行追肥。

对流动相的流速和柱温进行了优化选择。选择0.8，1.0，1.2 mL/min这3种不同的流速来考察10种酚类物质的分离效果。实验表明，流速为0.8 mL/min时，1-萘酚的保留时间为25.80 min，保留时间较长；流速为1.2 mL/min时，香草醛与苯酚没有达到基线分离；1.0 mL/min时，1-萘酚的保留时间为24.275 min，香草醛与苯酚的分离度较大。综合考虑保留时间和分离效果，最终选择1.0 mL/min。

  

图3-5 机组源侧进口水温的变化

3.4 机组COP变化情况

机组COP是反映机组运行性能的直观参数，根据机组源侧进口水温与COP的函数关系，得到系统运行十年过程中COP的变化情况，如图3-6所示.

  

图3-6 机组COP的变化

机组在标况下(夏季Tin25℃，冬季Tin8℃)运行，制冷COP为5.7，制热COP为4.0.但土壤温度场变化，影响到机组进口水温，进而使COP偏离标况值.供暖季前期，土壤温降较小，机组进口水温高于8℃，制热COP高于标况值；之后逐渐下降，低于标准工况，第一年最低为3.8.此后逐年下降，到第十年最低为3.4；说明冷堆积使系统运行性能降低.而制冷COP呈逐年上升趋势，第一年最低制热COP为5.0，第十年最低制热COP为5.3.这是由于冷堆积降低了埋管周围土壤温度，增大水与土壤的传热温差，提高了机组的运行性能.

4 结 论

位于寒冷地区的呼和浩特市某办公大楼采用土壤源热泵系统，经模拟研究，系统运行十年，埋管周围土壤平均温度降低2.6 ℃，冷堆积速率为0.27 ℃/a.

孔壁温度以年为周期进行波动，并呈逐年下降趋势，反映出冷堆积程度在逐年增加.

机组源侧进口水温及机组COP变化情况均反映出机组的运行性能.机组在一个供暖季或制冷季连续运行过程中，随着持续的取热或排热，机组性能在下降；但从十年过程来看，随着冷堆积的增加，机组制热性能逐渐下降，而制冷性能稍有提高.

以上研究是热泵系统运行十年土壤冷堆积及机组运行性能的变化情况.而热泵系统在50年全寿命周期内，土壤温度将持续降低，制热性能持续降低.究其原因，仍然是建筑所处区域冷热负荷不平衡率高.因此，为了土壤源热泵系统在全寿命周期内高效运行，需要采取辅热措施，如辅以太阳能热泵系统，来降低土壤冷堆积程度.

参 考 文 献

[1]刁乃仁，方肇洪.地埋管地源热泵技术[M].北京：高等教育出版社，2006

[2]余乐渊.地源热泵U型埋管换热器传热性能与实验研究[D].天津大学硕士学位论文，2003

[3]谭建国.使用ANSYS9.0进行有限元分析[M].北京：北京大学出版社.2006

[4]张玉瑾.土壤源热泵长期运行土壤温度场研究[D].青岛理工大学硕士学位论文，2011

[5]西雅特.西雅特LWP地源热泵机组手册[Z].技术手册,2010

[6]孟丹.住宅建筑中土壤源热泵全年运行地下热堆积研究[D].青岛理工大学硕士学位论文.2010

[7]Youssef,Mohammad-Zadeh.Experimental and mathematical analysis of three ground-coupled heat exchangers.Doctor thesis，Noth Carolina State Univerisity,1990