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时间:2019-01-09
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1、住宅土壤源热泵应用研究 摘要:本文研究分析了土壤源热泵在住宅项目中的应用,分析在住宅工程中如何选取地源热泵形式,在工程中应注意的问题。 关键词:住宅地源热泵土壤源 中图分类号:TB65文献标识码:A文章编号:1672-3791(2012)09(b)-0054-01 1地源热泵及土壤源热泵运行机理 1.1地源热泵 地源热泵[1~2]是以大地中的储存的低品位能源为冷热源的一种热泵形式,它充分利用大地浅层地热资源,既可以制冷又可以供热,节能环保,目前在很多地方应用广泛。在冬天取暖时,流体从水、土壤等介质中收集热量,再通过系统把热量带到室
2、内地源热泵系统,利用水、土壤等的蓄热能,通过水或盐水溶液等中间介质在封闭的地下埋管换热器中循环流动,从而实现与大地的热交换。其运行机理为:冬季通过热泵将大地中的低品位能量处理后为建筑物内供暖,对冷量进行贮存,留作夏季使用;夏季通过热泵将建筑物的热量传送至大地中,从而实现建筑物致冷,对热量进行贮存,留作冬天采暖。 1.2土壤源热泵5 和地下水源热泵和地表水源热泵相比,土壤源热泵系统更为环保,基本不受环境、气候、水质以及地下水位的影响,较适宜在城市中应用。土壤源热泵系统地下热交换器的布置形式主要有垂直埋管、水平埋管和蛇行埋管三种。垂直埋管换热
3、器采用较多,其连接形式为U形方式,其埋管深度一般有30m内(浅层),30~100m(中层)和100m以上(深层)。 2土壤源热泵在住宅中的应用 2.1土壤源热泵的适用性 土壤源热泵埋管所需的地面面积要远远小于水平埋管方式,但埋管时需要向地下打井,初投资较高。尽管竖直埋管的方式可以减小埋管所需的地面面积,但由于管内循环液与土壤之间的换热系数较小,因此需要较多的埋管数量以增大换热面积,竖直埋管也需要相当多的地面面积,难以获得足够的土壤换热器施工面积是土壤源热泵主要的限制因素,所以,这种系统适合于建筑密度及容积率比较低的建筑,如住宅和别墅。
4、 2.2土壤源热泵在住宅中的一机多用 对于住宅,土壤源热泵不仅可以实现供暖和制冷,还可以供应生活热水,做到一机多用。土壤源热泵由于冬夏季冷热负荷不同,会产生排热量和取热量差异,长期运行会导致土壤的热不平衡,从而影响热泵系统效率,并对生态环境也会产生一定影响。因此需对地源热泵进行热平衡处理,如夏季负荷一般大于冬季负荷,夏季多余的部分负荷不排入土壤,直接采用冷却塔或者由额外的热泵机组承担,或者将这部分多余的热量用来制成生活热水。 2.3住宅土壤源热泵的绿色热泵技术5 有关研究证实,地表3~4m以下土壤温度基本稳定,仅受年平均气温的影响,地下
5、土壤热容量较大,是天然的热源和排冷存热的场所,这都是热泵运行极其有利的基础。大部分地区的土壤年平均温度约为16~18℃,夏季时户外的埋地盘管作为冷凝器,空调排出的35~45℃的出水,与地下十几度的土壤进行热量交换,温度的交换效率远高于普通的冷却塔,制冷系数大大提高,空调运行时不在大气环境中排放热量,水蒸气及细菌等,对环境不造成任何破坏。冬季运行时,室外埋地管作为蒸发器,和大地热交换后,蒸发器内循环水的温度比室外气温高很多,供热系数和效率大提高,冬天使用不用担心类似空气源热泵的结霜问题。所以,土壤热泵夏季在岩土中蓄热,冬季从岩土中吸热,冬夏季循
6、环使用,就形成了“绿色热泵技术”。 2.4住宅土壤源热泵更加环保和节能 从消费者的角度来说,地源热泵系统的运行效率要比传统空调系统高,运行费用可以比传统的中央空调系统大致降低25%,最多可以降低50%,用地源热泵系统制冷的情况下,运行费用比传统的中央空调也会降低10%~30%左右,严寒地区,土壤源设计更接近设计工况运行,随着室外温度的降低,土壤源热泵系统能耗上升的幅度小于电热膜系统,更加节能[3]。因此,消费者用于空调采暖方面的支出会大大降低。另外,地源热泵系统在夏季制冷时,没有任何气体排放到大气中,采取地源热泵的小区城市热岛效应;冬季供
7、暖时,不需要锅炉,无燃烧产物排放,可大幅降低温室气体排放;热泵与土壤只发生热量交换,不会引起水资源的消耗。 3住宅使用土壤源热泵的影响因素和局限性 3.1气象因素、地质水文因素对热泵系统设计的影响5 气象要素包括气温、降雨量和空气湿度。其影响主要表现以下几个方面[4~5],年极端气温、年平均气温、运行期间降雨量、冻结影响对土壤源热泵埋管而言,影响其设计地质和水文地质因素主要有潜水水位、岩性、结构、孔隙性等[4~6]。对于严寒、寒冷地区土壤源热泵的应用,埋管内流动介质的防冻处理特别重要,埋管从大地中取得热量导致的土壤冻结也会对地源热泵性能
8、造成不利影响。地埋管设计的优劣是影响地源热泵工程质量的关键,在实践中,应当对现场水文地质认真研究、论证,综合地考虑地区气象、地质、水文地质因素,优化设计井数、井距和
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