地源热泵的技术性及经济分析

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1、地源热泵专栏GROUNDSOURCEHEATPUMPCOLUMN地源热泵的技术性及经济分析席贻勇（合肥周谷堆大兴农产品国际物流园有限责任公司，安徽合肥230001）摘要：地源热泵技术是当前世界上最先进的供暖制冷新技术。它利用浅层常温地热能解决供暖制冷问题，属于可再生能源利用技术。中国地源热泵从技术引进到大规模推广，发展了十余年的时间。近几年来，能源短缺，价格猛涨，国家大力支持地源热泵的发展，并在政策上给予了一定的优惠条件。如今，地源热泵技术已成为供暖制冷领域利用可再生能源实现节能、环保，降低供热费用的主要技术手段。关键词：地源热泵；技术性；经济性一机三用，应用范

2、围广泛；不占用地面面积。但通过实际1地源热泵技术应用，地源热泵也存在一定的缺点，即其受大地温度和土1.1地源热泵的分类壤热物性影响较大，土壤的导热系数较小，换热量小。地源热泵是指利用土壤或地下水的低温位热能和蓄土壤温度的日变化幅度随着土层深度的增加而显著热性能的一种热泵系统。夏天，埋地换热器作为冷凝器起减小，土壤的年周期变化温度分布为：制冷作用，向地下蓄热；冬天，埋地换热器作为蒸发器起制热作用，从地下取热。由于利用的热源种类和方式不同，式中：为深度为x米处的温度分布；可以将地源热泵分为三类：土壤耦合热泵、地下水热泵、tm为土壤表面平均温度；地表水热泵。土壤耦合热

3、泵根据地下换热器的布置方式，Aω为地表年温度波幅；主要分为垂直埋管、水平埋管和蛇形埋管三类。地下水热a为土壤导热系数；泵系统采用水－水式板式换热器，地表水热泵系统主要采T为地表温度的变化周期；用开路系统和闭路系统。x为从地表向下算起的土壤深度；1.2地源热泵的工作原理为从Aω出现到计算时刻的时间。地源热泵是逆卡诺原理的应用，从外部供给热泵较小土壤的导热性能用导热系数表示，单位厚度的土层，的耗功W，从低温环境中吸收大量的低温热能，从而使温差1℃时，每秒经单位断面通过的热量称为土壤的导热热泵可以输出温度更高的热能，并送到高温环境中。地源系数λ[W/（m·K）]。其与

4、土壤的成分、温度t、密度ρ、热泵供暖空调系统主要分三部分：室外地能换热系统、水含水量ω、空隙比e、饱和度Sr等有关。Ker-sten提出源热泵机组和室内采暖空调末端系统。其原理是：①室外分析方程来描述土壤导热系数与土壤干密度和含水率的关地能换热系统。冬季对建筑供暖，较低温度的循环介质从系式：热泵出口流出，通过地下换热器与大地进行热交换，达到淤泥与黏土（非冻土）：0.16p热泵机组从大地“吸热”的目的；②水源热泵机组。热泵λ＝0.1441×[0.9logω-0.2]×10机组内工作介质蒸发后变成气体，由压缩机压缩，再经过沙土（非冻土）：0.16p冷凝器还原成液体，

5、放出热量，由调节阀调节后进入蒸发λ＝0.1441×[0.7logω+0.4]×10器再蒸发，循环进行能量交换；③室内采暖空调末端系统。淤泥与黏土（冻土）：0.22p0.0088ω室内工作介质在冷凝器与热泵机组热交换后，使室内工作λ＝0.1441×[0.01×10+0.085×10]介质升温。沙土（冻土）：208p0.0146ω与其他形式相比，地源热泵具有以下优点：高效节能；λ＝0.1441×[0.076×10+0.085×10]运行稳定可靠；对环境无负面影响；属于可再生能源利用；此外，冬季埋管地下换热器不断从土壤中吸收热量，108建筑建材装饰2013年第3期地源

6、热泵专栏GROUNDSOURCEHEATPUMPCOLUMN导致埋管周围土壤发生冻结现象，一些学者认为埋管周围L为计算管段的长度，m。形成冻土有利于提高埋管传热性能，这主要是因为冻土的计算管段的局部阻力Pj：热容量大，导热性能好。Pj=PdLj1.3地源热泵的技术设计式中：Lj为计算管段关键的当量长度，m。1.3.1地热换热器的设计计算管段的总阻力Pz：与传统的空调系统相比较，地源热泵空调系统与传统Pz=Py+Pj。的空调系统主要区别在于增加了地热换热器，即地下埋管根据水力计算的结果，合理确定循环水泵的流量和扬环路。程，并确保水泵的工作点在高效区内。对于地热换热

7、器的负荷计算要考虑设计负荷、能量负1.3.3回填材料的研究荷与地热换热器负荷。设计负荷是用来确定系统设备的大回填材料以及热交换管材导热系数决定着系统热交小和型号，以及根据设计负荷设计空气分布系统，同时它换的效率，早期的传热模型都忽略了回填土的影响。1987也是能量负荷和地热换热器负荷计算的基础。能量负荷用年V.C.Mei研究了不同回填材料对系统性能的影响，并来预测在某一规定时间内系统运行所需要的能量，其计算用有限差分数值计算方法模拟水平埋管正方形截面回填土方法与设计负荷相同，唯一不同的是实际运行工况和相关的地源热泵系统。1990年Couvillion采用有限元法

8、模拟了气象参数取代设计负