[發明專利]基于季節性蓄能的地埋管優化方法及系統

在審

• 申請號: 201710182789.0
• 申請日: 2017-03-24
• 公開（公告）號: CN106886661A
• 公開（公告）日: 2017-06-23
• 發明（設計）人: 楊慧斌;余延順;謝文利
• 申請（專利權）人: 珠海格力電器股份有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所11038
• 代理人: 顏鏑

技術領域

本發明涉及熱泵建設領域，尤其涉及一種基于季節性蓄能的地埋管優化方法及系統。

背景技術

土壤源熱泵系統是利用地下常溫土壤溫度相對穩定的特性，通過深埋于建筑物周圍的管路系統與建筑物內部完成熱交換的裝置。其冬季從土壤中取熱，向建筑物供暖；夏季向土壤排熱，為建筑物制冷。目前，現有的土壤源熱泵系統存在以下問題：

(1)埋管間距較大，土壤導熱系數較小，致使較遠距離的土壤能量得不到充分利用，也就間接造成了地埋管占地面積過大的問題；

(2)垂直埋管布置時，鉆孔較深，流體與埋管深處土壤換熱溫差逐漸減小，使得過多埋深的設計意義不大，同時極大地增加了鉆孔費用，尤其是在復雜的地質結構下，鉆孔費用幾乎占了總投資的一半左右。

現有的埋管布置方案主要是根據地源熱泵規范進行設計，具體參照為：埋管間距4-5m，埋管深度80-120m。而目前國內外對埋管間距和鉆井深度的研究主要是建立各種優化模型，結合系統換熱性能來進行優化。例如通過改變管群的相關布置參數，包括土壤、回填材料物料特性、管內流體流速、流量、埋管間距、深度及進出口溫度等，進而對比分析不同參數所對應的管群換熱性能，最后確認最優的布置方式。雖然現有的優化方案能夠對上述問題有一定改善，但其缺乏通用性，也不能從根本上解決以上鉆井費用高和占地面積大的問題。

發明內容

本發明的目的是提出一種基于季節性蓄能的地埋管優化方法及系統，能夠在實現土壤的季節性蓄能的同時，降低鉆井成本并減小占地面積。

為實現上述目的，本發明提供了一種基于季節性蓄能的地埋管優化方法，包括：

根據多種設計模式下的單位井深鉆井費用與常規模式下的單位井深鉆井費用之間不高于1的費用比值，計算多種設計模式下的不同單位井深鉆井費用對應的多種鉆井間距；

以常規模式下的鉆井占地面積為比較基準，計算鉆井占地面積不大于常規模式下的鉆井占地面積的多種設計模式分別對應的鉆井埋深；

對計算出的多種鉆井埋深和多種鉆井間距任意組合成新型模式，并計算新型模式下的鉆井數、鉆井占地面積和總鉆井費用比值；

從各個新型模式中選出鉆井占地面積和總鉆井費用均低于常規模式的備選模式，然后分別對各備選模式進行土壤季節性蓄能模擬，并確定優選模式的鉆井埋深和鉆井間距。

進一步地，常規模式下的各參數的獲得步驟包括：

計算待服務建筑物的全年逐時負荷，并根據所述全年逐時負荷計算地埋管承擔負荷；

基于預設的常規布置參數表，根據所述地埋管承擔負荷進行查表和計算，確定常規模式下的鉆井數和鉆井占地面積。

進一步地，所述計算待服務建筑物的全年逐時負荷的操作具體包括：

將所述待服務建筑物的三維模型和相關參數導入負荷計算程序，由所述負荷計算程序計算出所述待服務建筑物的全年逐時負荷。

進一步地，根據所述全年逐時負荷計算地埋管承擔負荷的操作具體包括：

根據制冷工況和制熱工況下所述全年逐時負荷、熱泵機組功率和地埋管承擔負荷之間不同的能量平衡關系，分別計算出制冷工況的地埋管承擔負荷和制熱工況的地埋管承擔負荷，以便在后續步驟中針對制冷工況和制熱工況分別進行計算。

進一步地，所述基于預設的常規布置參數表，根據所述地埋管承擔負荷進行查表和計算，確定常規模式下的鉆井數和鉆井占地面積的操作具體包括：

在所述常規布置參數表選擇常規模式下的鉆井間距、鉆井埋深和單位管長換熱量的取值；

根據常規模式下的單位管長換熱量和所述地埋管承擔負荷估算常規模式下的總埋深；

根據常規模式下的總埋深與所述鉆井埋深計算常規模式下的鉆井數；

根據常規模式下的鉆井間距計算常規模式下的單井占地面積，并根據常規模式下的單井占地面積和常規模式下的鉆井數計算常規模式下的地埋管占地面積作為常規模式下的鉆井占地面積。

進一步地，所述根據多種設計模式下的單位井深鉆井費用與常規模式下的單位井深鉆井費用之間不高于1的費用比值，計算與多種設計模式下的不同單位井深鉆井費用對應的多種鉆井間距的操作具體包括：

根據多種設計模式對應的費用比值和常規模式下的總埋深計算各所述費用比值對應的設計模式下的總埋深；

根據由常規模式下的單井占地面積、鉆井數和鉆井埋深確定的蓄能體體積和各設計模式下的總埋深，計算各設計模式下的單井占地面積；

根據各設計模式下的單井占地面積計算各設計模式下的鉆井間距。