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1、第25卷第3期煤气与热力Vol.25No.32005年3月GAS&HEATMar.2005土壤耦合式热泵系统设计及经济性分析赵金亮,刘俊杰,朱能(天津大学环境科学与工程学院,天津300072)摘要:介绍了土壤耦合式地源热泵系统的工作原理,着重对地热换热器和压缩机的设计进行研究,提出利用太阳能集热器、冷却塔与热泵机组组合运行,以提高运行效率。对地源热泵系统的经济性进行了分析。关键词:地源热泵;地热换热器;压缩机;经济性中图分类号:TU995文献标识码:A文章编号:1000-4416(2005)03-0044-04Des
2、ignandEconomicAnalysisofGround2coupledHeatPumpSystemZHAOJin2liang,LIUJun2jie,ZHUNeng(SchoolofEnvironmentalScienceandEngineering,TianjinUniversity,Tianjin300072,China)Abstract:Theworkingprincipleofground2coupledheatpumpsystemisintroduced,astudyisconductedwithemp
3、hasisonthedesignofgeothermalheatexchangerandcompressor,thecombinedoper2ationofsolarenergyaccumulatorandcoolingtowerwithheatpumpunitisputforwardinordertoimproveoperationefficiency,andtheeconomyofgroundsourceheatpumpsystemisanalyzed.Keywords:groundsourceheatpump;
4、geothermalheatexchanger;compressor;economy传统的空调系统无论是风冷空调系统还是水冷空调系统,均无一例外地浪费有限的能源,并对环境造成了损害。地源热泵作为浅层地热利用新技术,是利用浅层低品位的地层能源的一种有效方式,也是国际上近几十年才发展的环保、节能高新技术产品。根据ASHRAE的规定,地源热泵可分为土壤耦合式热泵(ground2coupledheatpump,GCHP)、地下水源热泵(groundwaterheatpump,GWHP)和地表水热泵(surface2water
5、heatpump,SWHP),本文中的地源热泵专指土壤耦合式热泵。地源热泵技术充分利图1地源热泵空调系统工作原理用地壳表层土壤中的可再生地热能,通过消耗少量Fig.1Workingprincipleofgroundsourceheatpump的电能,对室内进行供暖或制冷。在我国的大部分airconditioningsystem地区,地面5m以下土壤的平均温度十分稳定,基本地热换热器环路是水或防冻剂溶液(常用防冻不随季节变化,略等于该地区的年平均空气温剂为乙二醇、氯化钙、甲醇等)在地下机械循环的封[1]度。闭环路,冬季
6、从周围土壤吸收热量,夏季向土壤释放1地源热泵系统设计方法热量,其循环由1台低功率的循环泵来实现。制冷1.1系统工作原理剂环路是在热泵内部的循环,与其他热泵系统结构地源热泵系统一般由3个环路组成(见图1)。基本相同。用户环路是把已调节好的空气或冷·44·©1995-2006TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.第3期赵金亮,等:土壤耦合式热泵系统设计及经济性分析第25卷(热)水分配到建筑物中去的环路,即空调系统的末式中θ———土壤温度,℃端环路。r——
7、—作用半径,m1.2地热换热器的设计ql———单位长度取热盘管在某一瞬间的取热3个环路中,用户环路同其他空调系统基本相量,W/m同。地源热泵设计应用的难点主要在于地热换热器λ———土壤热导率,W/(m·K)2的传热模型的研究及强化传热,以减小钻孔深度。a———土壤热扩散率,m/st———传热时间,s目前地热换热器的造价,如果全部采用国外的产品[2]D———地下埋管外径,m和技术,将高达853元/kW。用拉普拉斯变换求解,可得温度解析式为:地热换热器有水平和竖直2种布置方式,水平tql1r2-布置占地较大,且工作性能易
8、受季节变化的影响,因θ-θ=·e4azdz04πλ0∫z此水平布置的地热换热器已逐渐被竖直布置的地热式中z———替代变量换热器所代替。竖直布置的地热换热器就是在钻孔另外,土壤的换热特性是影响地热换热器性能内布置U型的塑料管(最常用的是聚乙烯和聚丁烯的主要因素,它是系统设计和研究诸多过程中基本管材),再加上回填材料,与周围岩土构成一个整和重要的参
