A10 大地耦合热泵系统
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基本情况
大地耦合热泵(又称土壤热泵、地下换热器地源热泵)
是地源热泵中的一种,它与地源热泵中的水源热泵的区别
是:前者从浅层土壤中取热或向其排热,后者是从地下水中
取热或向其排热,经过热泵机组转换成热水或冷水。由于
大地耦合热泵技术,可以不用地下水,采用埋设垂直管、水
平管等多种方式,直接从浅层土壤取热或向其排热,不受地
下水开采的限制,推广的范围更大、更灵活。
大地耦合热泵技术的核心是如何实现与浅层土壤进行
高效的热交换,确保在投资不高于普通集中空调的条件下
能长时间地稳定地从土壤中取热或向其排热,实现供暖或
制冷。在美国、加拿大和北欧国家和地区,地热泵技术已得
到广泛的应用,以每年15
%的推广速度递增,形成了从制
造商、工程商到培训机构、技术开发机构、专业管理机构等
一整套完整的产业体系。国际地热泵协会( IGSHPA)
、美国
地热泵协会(GHPC) 已建立,他们已完全实现了商业化。
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研究重点
大地耦合热泵作为一种新的空调冷热源方式,无论在
环境方面还是在运行能耗方面,都具有很大的发展潜力。随着人们对大地耦合热泵技术的认知度的迅速提高,在对
大地耦合热泵技术的研究,在地下埋管的换热研究不断深
入的同时,已开始进行对大地耦合热泵系统运行特性的实
测、模拟及优化设计研究。如:
a)
地下埋管换热器的换热模型研究。将钻孔内部的
简单一维导热,变化为二维和准三维导热模型进行研究,使
研究结果更符合实际。但是,由于地下埋管的传热受土壤
的热特性、土壤的热湿迁移、地下埋管的铺设形式及回填材
料的特性等多种因素的影响,因此理论研究结果还应进一
步通过实验验证,这应成为今后研究的重点。
b)
理论和实验研究结果表明,回填材料导热系数的提
高有利于提高地下换热器的换热效率。
c) 采用复合地源(例如太阳能) 、复合冷源(例如冷却
塔)
和增加埋管长度,虽然可以有效改善大地耦合热泵系统
的循环性能。但是大地耦合热泵系统的设计应在运行模拟
分析的基础上,综合考虑场地面积、初投资和运行费用加以
确定。
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3
今后的工作
任何新技术的应用都需要在实践中经历一个不断完善
的过程。为了防止不按科学的态度不顾具体实际条件,盲
目地照搬大地耦合热泵技术,最终败坏大地耦合热泵技术
声誉等恶性现象发生,今后应做好以下工作:
a)
全面系统地开展数据采集和经济技术分析工作。投入人力和资源,对大地耦合热泵示范工程进行数据采集
和经济技术分析工作。在取得整个供暖季和制冷季的完整
数据的基础上,结合与其他供暖制冷技术的比较,进行经济
技术分析,就初投资、供暖制冷效果、技术稳定性、运行费用
节省情况,节能效果等方面给出严格、科学的结论,为应用
大地耦合热泵技术、改进设计水平,提供科学依据。
b)
进一步强调科学设计与施工。在设计系统之前,必
须掌握较详细的设计原始资料,最好在当地先打一眼探测
孔,测试当地的土壤情况。
(本专题讨论会主持人 王清勤)
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异井回灌热泵系统
经过讨论,大家认为,异井回灌热泵系统在产品开发实
验研究、工程应用等方面都取得了可喜的成果,但也有一些
问题值得引起大家的关注。
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1 异井回灌热泵系统的工程应用
a)
地下水水环热泵系统的工程应用,即冷热源采用地
下水,末端采用独立的水源热泵机组。通过一年多的实测
和调查,对实测数据的分析提出了一种水源热泵耗电量的
推算方法,据此方法对一个典型工程进行了定量的分析和
评估。
b)
常规地下水水源热泵系统的工程应用,即冷热源采用热泵机组,末端采用常规空调系统,同时提供生活热水,
服务对象是一个18 万m2
的建筑群,有一定的代表性。
c) 地热水作为热源,采用热泵对其进行梯级利用的工
程应用。对于地热水中45 ℃以上的热能直接利用,45
℃
以下温度的低品位能量用热泵机组提取热能后用于地板辐
射供暖,回灌水温度在15~20 ℃,充分利用地下水中能量。
d)
富尔达公司介绍了水源热泵的工程应用实例。
e) 水源热泵的变频控制。
A11. 2 应注意的问题
a)
水源热泵的关键是地下水源。首先应经当地的行
政、环保、水资源部门的批准,进行水文地质调查,并取得地
质勘察报告和地下水资源评估报告。
b)
要根据当地条件做出地下水回灌方案,保证地下水
不被浪费,水资源不被污染。保证不对地质环境造成灾害,
这是地下水热泵应用的前提条件。
c)
应加强井水抽取和回灌的运行维护。地质、水利部
门和暖通空调技术人员应共同关心水井老化问题。
d)
应根据工程的具体情况,利用变频技术降低热泵系
统的运行能耗,提高整个水源热泵系统的COP 值。实测表
明,某些水源热泵系统的夏季综合COP 值仅2.
0 左右,没
有充分发挥出水源热泵系统的节能优势。
e)
夏季供冷冬季供热的水源热泵系统,冬夏季工况切
换阀门的严密性十分重要。泄漏会造