GEDWs墙体换热量影响热泵系统性能：深入分析不同埋深和温度边界的影响

GEDWs墙体的换热量是评价热泵系统中GHEs换热效果优劣的最直观指标，在很大程度上决定着热泵机组的运行性能。在工程实践中，墙体的单位面积平均换热量（Q）是设计师需要参考的重要数据，精确的Q值有助于合理的设置GHEs的管道布局，为热用户的基本冷、热量消耗提供保障。 图4（a, b, c）分别给出了时间温度边界（TDTB）与恒定温度边界（FTB）条件下不同墙体埋深（10m, 20m, 35m）的单位面积平均换热量与出口温度的变化曲线。可以看出：（1）不同墙体埋深条件下，FTB和TDTB的单位面积平均换热量皆随时间变化而降低，先迅速下降后趋于平缓。这是GHEs运行过程中的必然规律[4,13,20]，无论热泵机组是在夏季蓄热还是冬季取热，都会导致GHEs与周围环境之间的温差逐渐减小，进而降低换热量。（2）FTB条件下的单位面积平均换热量均高于TDTB，两者的差值随时间的推移而增加，但该差值随墙体埋深的增加而减少。以第二供暖季末期为例，两者的差值从27.87%（10m）降到了7.38%（35m）。这是由于在供冷季TDTB的浅层地温比FTB的平均地温（14℃）高，在供热季则比FTB的平均地温低。这使得TDTB条件下的GHEs与周围环境间的温差更小，换热量也就更少，且随着时间的推移影响逐步加深。然而，深层地温与平均地温（FTB）一致，随着墙体埋深的增加，浅层所占比例逐渐减少，对换热量的扰动也就逐渐降低。（3）供冷季的单位面积平均换热量高于供暖季。这是因为相较于供暖季，在供冷季换热管内流体与周围环境的温差更大。（4）在热泵机组运行期间，FTB和TDTB不同条件下，GHE的出口温度几乎一致，仅在热泵运行间歇期时存在明显差别。 由此可见，与FTB相比，地温的季节性变化（TDTB）对埋深较浅（<20m）的GEDWs换热量的影响十分明显，其换热量显著下降。两者在供冷季和供暖季的最大差值百分比分别可达17.00%和27.87%。因此，在进行工程设计与模拟计算时需着重考虑季节变化对浅层GEDWs换热潜力的影响。另外，尽管季节变化（TDTB）会降低GEDWs的换热量，但热泵运行期间FTB和TDTB的GHE出口温度几乎一致，这说明热泵机组在TDTB条件下依旧能够满足用户的需求，并不会对用户的体验感产生明显影响。