《蓄能技术地源热泵》PPT课件

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1、西南交大建环蓄能技术——理论与应用内容基本概念发展概述基本传热理论地埋管换热器实验测试新技术部分研究工作基本概念—名词地源热泵GSHP（GroundSourceHeatPump）；土壤耦合热泵系统(GCHP)地下水热泵系统(GWHP)地表水热泵系统(SWHP)埋管换热器BHE（BoreholeHeatExchanger）（注：在美国，公认的术语则是“竖直环路”）；地热蓄能UTES（UndergroundThermalEnergyStorage）。基本概念—定义地源热泵（ground-sourceheatpumps）是一种利用地下浅层地热资源（包括地下水、土壤或地表水等）的，既可供

2、热又可制冷的高效节能装置。夏季制冷时，大地作为排热场所，把室内热量以及压缩机耗能通过埋地盘管排入大地中，一部分蓄积在排热点附近，一部分通过土壤的导热和土壤中水分的迁移热量扩散出去。冬季供热时，大地作为热泵机组的低温热源，通过埋地盘管获取土壤中热量为室内供热。两个换热器都既可作冷凝器又可作蒸发器，只是因季节不同而功能不同。可以看到，在地源热泵空调系统中，由于冬季从大地中取出的热量可在夏季得到补偿，因而可使大地热量基本平衡。基本概念—地源热泵GSHP特点低运行费用，能效比高，约是传统空调系统的1.2~1.5倍可不设冷却塔、锅炉地温稳定，不受室外温度影响，高效，运行稳定对环境影响小，绿

3、色环保维护费用较低一机多用，可用于供热、供冷、供生活热水地埋管系统经久耐用，寿命可达20年以上对前期工作中，地质条件探查有较高要求基本概念—COP与热源温度关系基本概念—地源热泵（GSHP）基本型式地源热泵（GSHP），又名地热热泵，实际上都是热泵和与大地换热系统的复合物（图．1）。他们基本上都含有一个地下换热器（称这种系统为“闭环系统”），或是一个用井中的地下水来运行的系统（称这种系统为“开环系统”）。热量能通过以下几种方式从地下提取：地下水井（即所谓的“开式系统”）；竖直埋管换热器（即BHE）；水平埋管换热器；“地下构造物”（装有换热器的基桩）。图．1表示了一个典型的BHE装

4、置。制热工况，以大地作为热源，用液体（通常是水或是水与防冻剂的混合物）作为热媒，以利用地热；制冷工况下，系统则以大地作为冷源。每输出1kWh的热量或冷量，通常只消耗0.22~0.35kWh的电能，较之使用空气作为热/冷源的空气-空气热泵，在相同时间里节省了30~50%的能耗。发展概述-欧洲地源热泵是节能项目；采暖中应用较多；大多数的欧洲国家并未拥有足量的可以直接拿来使用的地下热水资源（但像冰岛、匈牙利和法国等国家则不在此例）。应用低焓蓄水层来向大量的用户供暖也只是局限于具有特殊地质背景的地区。在这种情况下，在非集中式的GSHP系统中利用普遍存在的浅层地热资源成为了必然的选择。研究

5、比较深入和实用；发展概述-美国到目前为止，全球75%的地源热泵安装在北美地区；直接膨胀(DX)热泵系统：针对住宅(别墅)建筑和小型商用建筑，顾虑主要集中在对环境保护以及系统的使用年限上。目前大部分北美热泵制造商均提供这种直接膨胀的DX热泵系统。混合热源(Hybrid)系统：即采用地源和其它热源的混合方式。最主要的是地源和空气源的混合，这种混合方式运行的效率可以达到和完全埋管方式相当的水平，但埋管的规模却仅为后者的1/3~1/2。初期投资显著降低，系统的经济性明显提高。运行策略是通过室内需求，当时电价，室外空气温度以及地下循环温度的综合模型优化形成的。垂直立井(Standing C

6、olumn Well)系统：这种形式的系统即不同于抽取地下水的开始系统，也不同于封闭的套管系统，而被认为是一种半开半闭式的系统。系统的寿命、可靠性、设备的免维护方面等均不如封闭式系统，但地下系统的投资可大幅度降低。金属板式换热(Jim Slim)系统：由于北美的住宅占地大，并且大量的房子临水(湖、河、溪)而建，因此一种平板式的金属(钛)换热器被用来直接沉放在水体里面，作为从浅表水中提取能量的装置。这种方式受欢迎原因在于其安装简便、成本低、运行效果好。热泵和燃料电池(FuleCell)复合系统：正在进行中的技术中，以家庭能源系统和地源热泵的结合最为有挑战性，其中策略之一是将氢电池(

7、Fuel Cell)和地源热泵、太阳能结合形式成一个独立的无外部能源供应、但可提供电力照明、冷暖气的系统。非常适合远电力输送的地区。发展概述-GSHP系统的关键技术埋地换热器传热模型的研究回填材料的研发土壤热源热泵系统的合理配置土壤热物性的研究基本传热理论-地表活动层初始温度场分布基本传热理论-开尔文线源理论根据拉氏变换可得温度解析解的基本型式热响应实验——测试的重要性与其他空调形式相比，地埋管地源热泵增加了地埋管换热系统，其设计方案直接影响到系统的经济性和可靠性。为了提高地源热