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夏热冬暖地区小型地源热泵制冷采暖系统实验研究
一、引言
地源热泵（GroundSourceHeatPump，GSHP）系统是一种以地下土壤、地下水或表层水体为热源（热汇），利用压缩机和制冷剂循环流体，将低品质热量转换成高品质热量，实现制热、制冷、热水供应的多种功能的节能环保技术。夏热冬暖地区，空调负荷大，制冷时间长，传统的空气源热泵系统由于在高温条件下容易冻结或者制冷效果不佳问题突出，而地源热泵具有较高的制冷效率和稳定性，且具有显著的节能效果和环保效益。
二、小型地源热泵制冷采暖系统构成
小型地源热泵制冷采暖系统主要由冷水机组、地源热泵、地源热交换器、储水箱、辅助水泵和水路管道等组成。（1）冷水机组采用蒸发冷凝器、冷水泵、压缩机和膨胀阀等组成，通过循环水冷却制冷剂使室内温度得到控制；（2）地源热泵由蒸发器、压缩机、冷凝器、膨胀阀等组成，通过循环地源水或者地下回水对制冷剂进行冷却或加热；（3）地源热交换器主要是用来传递地热到地源热泵系统中，将地下水或者地下回水传递到地源热泵蒸发器中进行换热；（4）储水箱主要用来存储热水、积累冷热能，提高设备运行效率；（5）辅助水泵和水路管道主要用来连接整个系统的各个部分，实现夏季制冷、冬季制热和热水供应的应用需求。
三、小型地源热泵制冷采暖系统的优势
（1）节能环保：地源热泵制冷采暖系统的能量来源主要是地下或者水体的地热资源，利用太阳能加热地下土壤，被地热吸收的热量仍将继续存在地下，构成了一种循环再生的能源模式，因此具有较低的能源消耗，同时对环境的污染、噪音和空气质量也有较好的保护作用；
（2）节约空间：该制冷采暖系统不需要室外空间大的设备，室内只需要放置地源热泵机组和储水箱，可以节省大量的空间；
（3）适应性强：地源热泵制冷采暖系统不受时间、环境、技术、空间等条件限制，可以满足不同用户的需求，具有极大的适应性；
（4）操作安全：在地下进行换热的地源热泵系统不会受到外界的刺激，系统运行较为稳定，不会对安全产生威胁。
四、实验研究内容以及结果分析
实验研究对象为一套20kW小型地源热泵制冷采暖系统，实验过程分为制冷、供暖、热水供应三个阶段，利用数据测试分析系统的性能和效果，为优化系统性能提供基础数据。
1.制冷阶段实验：以热泵运行制冷模式为主，测试空调温度、空调功率、环境温度等指标，制冷周期10h，记录数据如下表：
|温度/功率|初值（℃）|终值（℃）|平均值（℃）|
|:------:|:------:|:------:|:------:|
|空调温度|24.2|16.8|20.5|
|空调功率|16.8|5.2|11.2|
|环境温度|32.8|34.2|33.3|
2.供暖阶段实验：以热泵运行采暖模式为主，测试供暖温度、室内温度、环境温度等指标，采暖周期8h，记录数据如下表：
|温度|初值（℃）|终值（℃）|平均值（℃）|
|:------:|:------:|:------:|:------:|
|供暖温度|43.9|50.1|46.8|
|室内温度|19.8|22.3|20.9|
|环境温度|12.3|13.5|12.9|
3.热水供应实验：以热泵为热水供热设备，测试热水温度、热水供应量、热泵工作时间等指标，热水供应周期为24h，记录数据如下表：
|温度/功率|初值（℃）|终值（℃）|平均值（℃）|
|:------:|:------:|:------:|:------:|
|热水温度|17.8|45.0|43.2|
|热水量|0|480|408|
|热泵工作时间|19.2|22.8|21.0|
根据以上数据分析，可以得出以下结论：
（1）地源热泵制冷系统在夏季空调制冷工作效果明显，温度降幅大，功率下降幅度较大，制冷效果显著；
（2）地源热泵制冷采暖系统在冬季采暖工作中可有效提高室内温度，增加供暖温度，并且能够较好适应不同环境下的供暖需求；
（3）地源热泵可以提供较高的热水温度，但是供应量相对较小，在实际应用中需要考虑热水使用量和设备的供水能力。
五、结论
小型地源热泵制冷采暖系统具有独特的节能环保优势，同时具有操作安全、适应性强、节省空间等优点，在夏热冬暖地区实验研究中得到了良好的应用效果。在实际应用中，需要根据实际需求和应用场景综合考虑，进行系统优化和调整，提高系统的稳定性和运行效率，实现更好的节能环保目标。