文档介绍：地源热泵系统在国内的发展及应用研究
【摘要】进入 21 世纪,可持续发展成为人类发展的主题,节能成为世界各国能源战略的重要内容。中国目前正处于工业化和城市化快速发展的阶段,建筑节能及建筑业的可持续发展不仅关系到我国的能源供需情况,也关系到全球的气候、环境变化问题。而仅仅依靠目前50%和65%的建筑节能设标准根本无法满足世界建筑节能的要求,更何况目前的这个设计标准在实际中根本就达不到,因此必须考虑地源热泵等可再生能源在建筑中的应用。可再生能源的应用可以在满足用户生活舒适性要求的前提下,有效地减少建筑消耗,节约能源,产生巨大的经济效益和环境效益。
关键字:地源热泵、土壤及地下水、节能环保
1 引言
我国在开展地源热泵系统的研究与应用方面起步较晚,但到2000年左右,在各种因素的共同作用下,成为一个非常热门的研究课题,尽管这样的热门是处在一个整体水平相对较低的大环境之下。从已有的文献报道来看,国内最早的研究开始于1989年青岛建筑工程学院在国内建立了第一台土壤源热泵系统的试验台,开始主要从事水平埋管的研究工作。后来到了1998年该学院在原有系统基础上,又建成垂直敷设的冷热两用的地源热泵系统并对其进行了为期两年的测试,得出了许多宝贵的结论。他们建议设计管路系统要按照冬季工况进行,并对夏季工况作校核计算。清华大学的郑祖义博士在武汉地区进行了单、双层水平埋管地热源热泵系统的试验研究,他总结出随着进水温度的变化,出水温度以及换热量均要变化,但各时刻的总传热系数却近乎恒定;随着埋管长度的变化,各时刻的总传热系数也近乎恒定。湖南大学的李元旦对水平蛇形管埋地换热器的夏季换热特性进行了瞬态工况的理论研究及数值模拟。结合水平埋地换热器夏季换热工况的一组测试数据,验证了水平埋管换热器分析程序(HGHA),并对模拟结果进行了物理意义上的讨论。
重庆大学刘宪英对浅埋竖管换热器地热源热泵系统进行研究,采用系统能量平衡结合热传导方程建立了地下竖埋套管管群换热器传热模型和过渡季大地温
度场模拟。采用线源理论及热阻网络分析方法建立传热模型,提出了采用计算法确定大地初始温度并与实测值进行了对比。在建设的垂直埋管换热器试验装置上进行了单管、三管串联运行试验,为开发地源热泵技术提供了可供参考的数据。
同济大学的沈学峰分析了深井水作为热泵热源的特点,并对宁波市某工业城
的生产大楼工程的热泵系统与常规的澳化铿吸收式制冷系统,从初投资、运行费
用等方面进行了比较。地下水源热泵以绝对的优势胜过嗅化铿吸收式热泵,但是
文中没有提出系统的设计及运行特性,而只是做了详细的经济性能分析川。另外,
近年来关于水源热泵系统的新工质也有不少研究。在大量计算的基础上,有学者
提出一种低环害非共沸二元混合工质应用于低温及中高温地热水水源热泵系统
中,并结合实验给出了该系统运行中EER等重要参数的数据及变化曲面,不仅证
明了该混合工质优秀的循环性能,并有利于该系统进行智能控制,为该项技术在
实际工程中的推广应用奠定了基础。遗憾的是,关于该种二元混合工质的具体成分及实验配比尚缺少详细的介绍。另外利用浅水池水作为冷热源也将是一种很好的水源热泵系统改进形式。结合理论分析和实验可以看出提高浅水池水下换热器性能,改善土壤特性,优化水池设计,利用太阳能等措施可以有效提高整个浅水池水源热泵系统的性能。在一般的水源热泵系统中,往往都要加装辅助热源或辅助排热装置。如果能够在水源热泵系统中合理利用太阳能,对于节能和环保而言都将有重大意义。目前,关于利用太阳能的开式环路水源热泵空调系统形式已有初步的研究1361,对七种不同的工况下系统的运行情况进行了比较,并由此得出引入太阳能后系统的特点。但这些研究大部分是理论研究,尚需具体的实验进行论证。
2 地源热泵技术及特点
2. 1地源热泵工作原理简介
地源热泵是一种利用地下浅层地热资源(也称地能,包括地下水、土壤或地表水等)的既可供热又可制冷的高效节能空调系统。地源热泵通过输入少量的高品位能源(如电能),实现低温位热能向高温位转移。地能分别在冬季作为热泵供暖的热源和夏季空调的冷源,即在冬季,把地能中的热量“取”出来,提高温度后供给室内采暖,此时地能为“热源”;夏季,把室内的热量取出来,释放到地下水,土壤或地表水中,此时地能为“冷源"地下水的水温或土壤温度随自然地理环境、地质条件及循环深度不同而变化,近地表处为变温带,变温带之下的一定深度为恒温带,地下水温或土壤温度不受太阳辐射影响。不同纬度地区的恒温带深度不同,水温范围10~22oC。恒温带向下,温度随深度增加而升高,升高多少取决于不同地域和不同岩性的地热增温率。通常地源热泵消耗1kw的能量,用户可以得到4kw以上的